圣路易斯華盛頓大學(xué)的研究人員近日在《焦耳》雜志上發(fā)表了一項(xiàng)創(chuàng)新成果，他們開(kāi)發(fā)出一種結(jié)合電力和細(xì)菌的新方法，成功將二氧化碳轉(zhuǎn)化為脂肪酸，這些脂肪酸最終可用于生產(chǎn)汽車的可再生柴油。這一新工藝不僅提高了轉(zhuǎn)化效率，還顯著減少了土地使用面積，為減緩氣候變化提供了新途徑。
研究人員通過(guò)整合電催化和生物轉(zhuǎn)化技術(shù)，從二氧化碳中生產(chǎn)出用于生物柴油的脂質(zhì)。他們首先通過(guò)模擬和代謝組學(xué)研究，揭示了C2+中間體利用中的生物能量和代謝極限，從而指導(dǎo)合成生物學(xué)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了還原劑平衡、更多的ATP生成、高效的脂質(zhì)轉(zhuǎn)化和更高的脂質(zhì)產(chǎn)量。此外，他們還發(fā)現(xiàn)了乙醇和醋酸鹽的特定比例，以實(shí)現(xiàn)共底物協(xié)同作用，支持雙金屬催化劑設(shè)計(jì)，提高了生物轉(zhuǎn)化效率。
據(jù)悉，該新工藝的二氧化碳到脂質(zhì)的轉(zhuǎn)化效率達(dá)到了4.5%，比傳統(tǒng)生物柴油生產(chǎn)效率高45倍，而所需土地面積不到從大豆生產(chǎn)生物柴油所需土地面積的3%。研究人員表示，這一成果得益于太陽(yáng)能的高效利用和微生物脂質(zhì)合成的長(zhǎng)碳鏈產(chǎn)品，克服了電催化和生物轉(zhuǎn)化的局限性。
根據(jù)美國(guó)能源信息署的數(shù)據(jù)，石化柴油占美國(guó)交通運(yùn)輸二氧化碳排放量的四分之一。用生物柴油替代傳統(tǒng)柴油可以減少碳排放，而新工藝的推出將使得生物柴油的生產(chǎn)更加高效、環(huán)保。此外，該工藝在生產(chǎn)階段產(chǎn)生的碳排放量遠(yuǎn)低于普通生物柴油，每生產(chǎn)一克生物柴油可減少1.57克二氧化碳，實(shí)現(xiàn)負(fù)排放。
研究人員強(qiáng)調(diào)，盡管生物燃料不是降低交通運(yùn)輸部門碳排放的完全答案，但它們是朝著正確方向邁出的重要一步。新工藝不僅可以將產(chǎn)生的部分二氧化碳再循環(huán)用于生產(chǎn)更多的生物柴油，而且只需占用大豆或玉米等作物生產(chǎn)生物燃料所需的一小部分耕地，這意味著有更多的土地可用于種植作物來(lái)養(yǎng)活人民。
展望未來(lái)，研究人員設(shè)想了一個(gè)電氣化化學(xué)和燃料行業(yè)的未來(lái)，低成本的可再生或聚變電子將推動(dòng)二氧化碳轉(zhuǎn)化為我們所需的化學(xué)品、燃料和材料，實(shí)現(xiàn)碳循環(huán)經(jīng)濟(jì)。這一創(chuàng)新成果將為全球應(yīng)對(duì)氣候變化挑戰(zhàn)提供新的解決方案。
