韓國能源研究院(KIER)光州清潔能源研究中心李秀妍博士領(lǐng)導(dǎo)的研究小組成功將全球變暖的罪魁禍首二氧化碳轉(zhuǎn)化為具有抗氧化和抗癌作用的類胡蘿卜素。該研究成果發(fā)表在《ChemSusChem》上。
據(jù)國際能源署估計，2023年全球能源相關(guān)二氧化碳排放量達到創(chuàng)紀錄的374億噸，比上年增加1.1%。該國也因二氧化碳排放而面臨氣候變化，今年經(jīng)歷有記錄以來最熱的4月就是明證。
為了解決這一問題，全球都在開發(fā)二氧化碳轉(zhuǎn)化技術(shù)。將二氧化碳轉(zhuǎn)化為乙烯和丙烯等高價值化學(xué)品的技術(shù)正成為實現(xiàn)碳中和的關(guān)鍵技術(shù)，因為它不僅可以減少碳排放，還可以生產(chǎn)出可用于各個行業(yè)的產(chǎn)品。
最近，用于生產(chǎn)化學(xué)品的微生物電合成(MES)技術(shù)作為一種很有前途的二氧化碳轉(zhuǎn)化方法而受到關(guān)注。MES通常涉及用含有微生物的水創(chuàng)建電解質(zhì)溶液，并將二氧化碳溶解到電解質(zhì)中，然后微生物將其用作營養(yǎng)物質(zhì)。
但在微生物生長的室溫常壓條件下，溶解于水中的二氧化碳量極低，導(dǎo)致微生物所需的營養(yǎng)物質(zhì)不足，最終轉(zhuǎn)化物質(zhì)的生產(chǎn)率較低。
針對此問題，研究團隊將二氧化碳吸收劑單乙醇胺(C2H7NO)溶解于電解液中，增加微生物(球形紅細菌)可吸收的二氧化碳量，增加微生物對二氧化碳的消耗，從而增強其能量產(chǎn)生、生長和代謝活動，提高轉(zhuǎn)化物質(zhì)的生產(chǎn)效率。
研究團隊還擴大了轉(zhuǎn)化產(chǎn)物的范圍，傳統(tǒng)的微生物電合成技術(shù)由于二氧化碳濃度低，只能生成丁醇、乙醇等碳原子數(shù)較低的物質(zhì)，而該團隊的技術(shù)可以生成碳原子數(shù)較高的類胡蘿卜素。
類胡蘿卜素以其抗細胞衰老作用而聞名，用于化妝品和補充劑，傳統(tǒng)上是通過微生物發(fā)酵生產(chǎn)的。然而，安全和原材料供應(yīng)問題限制了生產(chǎn)。此外，由于類胡蘿卜素由40個碳原子組成，微生物必須消耗大量二氧化碳才能生產(chǎn)它們。
通過使用高濃度的二氧化碳，研究團隊將生產(chǎn)率比現(xiàn)有技術(shù)提高了約四倍，從而能夠通過微生物電合成生產(chǎn)類胡蘿卜素。
高級研究員李洙允博士表示：“這項研究提出了一種通過微生物電合成將二氧化碳轉(zhuǎn)化為高價值物質(zhì)的新方法。作為生物能源和生物化學(xué)領(lǐng)域一種環(huán)保且極具潛力的‘平臺化學(xué)’技術(shù)，它將通過減少和回收溫室氣體為實現(xiàn)碳中和做出貢獻。”
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