De snelle wereldwijde verstedelijking heeft het aanzien van onze planeet drastisch veranderd, onze atmosfeer vervuilen met broeikasgassen en opwarming van de aarde veroorzaken. Het is de noodzaak van het uur om onze activiteiten onder controle te houden en duurzamere alternatieven te vinden om wat er van onze planeet overblijft voor de komende generaties te behouden.

Kooldioxide (CO ₂ ) en koolmonoxide (CO) vormen een groot deel van de industriële rookgassen. Recent onderzoek heeft aangetoond dat bepaalde micro-organismen in staat zijn deze gassen om te zetten in bruikbare bijproducten. Dus, Er worden nu pogingen ondernomen om microben te gebruiken om deze gassen te recyclen en om te zetten in bruikbare chemicaliën in een proces dat bekend staat als koolstofafvang en -gebruik (CCU). Dit gaat een stap verder dan de huidige wijdverbreide praktijk van koolstofafvang en -opslag (CCS). Echter, een dergelijke CCU vereist een hoge energie-input, waardoor het opschalen van dit proces moeilijk en duur is. Hoe kan dit proces vervolgens worden geoptimaliseerd voor maximale output?

Een team van onderzoekers uit Korea, onder leiding van prof. Jung Rae Kim van de Pusan ​​National University, hebben deze vraag beantwoord voor een nieuwer CCU-systeem, het bio-elektrochemische systeem (BES). Prof. Kim legt uit, "We hebben een bio-elektrosynthetisch proces ontwikkeld waarbij elektroactieve bacteriën CO/CO . omzetten ₂ in bruikbare metabolieten zoals acetaat en vluchtige vetzuren met behulp van elektriciteit als reducerend vermogen." De wetenschappers waren in staat om BES's te optimaliseren om hun efficiëntie te verhogen met twee tot zes keer die van de huidige systemen voor CO-gas. Hun bevindingen zijn gepubliceerd in Bioresource-technologie sinds januari 2021.

De tweekamer-BES die ze gebruikten, had verschillende speciale kenmerken die dit bereikten. De kathode bevatte een elektro-actieve biofilm, en de anode produceerde waterstofionen via waterelektrolyse. Deze kamers waren verdeeld door een ionenuitwisselingsmembraan (IEM), die de stroom van protonen en elektronen tussen de kamers regelde. Verder, terwijl de eerste microbiële kweekmedia bevatte, de laatste bevatte mechanismen om de initiële pH van het systeem te regelen. In aanvulling, een chinon-elektronenmediator werd gebruikt.

Ze vonden dat, gegeven de juiste IEM - een die protonen maar geen zuurstof doorliet - veroorzaakte een zure pH in de anodekamer een hogere protonconcentratiegradiënt over het membraan, wat de sleutel was tot het verbeteren van de acetaatproductie en de synthese van vetzuren met een langere keten in de kathodekamer. De chinonafhankelijke mediatoren verbeterden de elektronenoverdracht en verhoogde productvorming.

Prof. Kim stelt, "Omdat CO een meer gereduceerd gas is dan CO ₂ , misschien niet verwonderlijk, de coulomb efficiëntie voor CO was het dubbele van die voor CO ₂ . CO is een belangrijke component in het industriële afgas van de meeste staalfabrieken en biomassavergassing. Via deze BES-conversie, het kan een waardevolle grondstof zijn voor verschillende bioprocessen. Dit is de eerste studie die de omzetting van CO via BES commercieel haalbaar maakt." hij vervolgt:"De microben repliceren zichzelf, waardoor deze BES een economische oplossing is. Dat gecombineerd met de efficiëntie die we hebben bereikt en het optimale systeem dat we hebben gecreëerd, zou dit voldoende interessant moeten maken voor industrieën, zodat dit binnen vijf jaar commerciële industriële machines worden."

Dit is een manier waarop de aarde schoner kan worden gemaakt, groener en koeler.