Een onderzoeksteam onder leiding van Dr. Lee Soo Youn van het Gwangju Clean Energy Research Center van het Korea Institute of Energy Research (KIER) heeft met succes kooldioxide, de belangrijkste boosdoener van de opwarming van de aarde, omgezet in carotenoïden, die antioxiderende en kankerbestrijdende effecten bezitten. De bevindingen zijn gepubliceerd in ChemSusChem .

Volgens het Internationaal Energieagentschap bereikte de mondiale energiegerelateerde CO2-uitstoot in 2023 een recordhoogte van 37,4 miljard ton, een stijging van 1,1% ten opzichte van het voorgaande jaar. Het land heeft ook te maken met klimaatverandering als gevolg van de uitstoot van koolstofdioxide, zoals blijkt uit de warmste aprilmaand ooit dit jaar.

Om dit probleem aan te pakken worden wereldwijd technologieën voor de omzetting van koolstofdioxide ontwikkeld. De technologie om kooldioxide om te zetten in hoogwaardige chemicaliën zoals ethyleen en propyleen ontpopt zich als een sleuteltechnologie voor het bereiken van CO2-neutraliteit, omdat het niet alleen de CO2-uitstoot vermindert, maar ook producten produceert die in verschillende industrieën kunnen worden gebruikt.

Onlangs heeft de microbiële elektrosynthese (MES)-technologie voor de productie van chemicaliën aandacht gekregen als een veelbelovende methode voor de omzetting van kooldioxide. MES omvat doorgaans het creëren van een elektrolytoplossing met water dat micro-organismen bevat en het oplossen van koolstofdioxide in de elektrolyt, die de micro-organismen vervolgens als voedingsstoffen gebruiken.

Bij kamertemperatuur en normale drukomstandigheden waar micro-organismen groeien, is de hoeveelheid kooldioxide die in water oplost echter zeer laag, wat leidt tot een tekort aan voedingsstoffen voor de micro-organismen en resulteert in een lage productiviteit van de uiteindelijk omgezet stoffen.

Om dit probleem aan te pakken heeft het onderzoeksteam het kooldioxide-absorberende mono-ethanolamine (C₂) opgelost H₇ NO) in de elektrolyt om de hoeveelheid kooldioxide die beschikbaar is voor de micro-organismen (Rhodobacter sphaeroides) te vergroten. Deze aanpak verhoogde de consumptie van kooldioxide door de micro-organismen, waardoor hun energieproductie, groei en metabolische activiteiten werden verbeterd, wat op zijn beurt de productie-efficiëntie van de omgezette stoffen verbeterde.

Ook breidde het onderzoeksteam het assortiment conversieproducten uit. Terwijl de conventionele microbiële elektrosynthesetechnologie stoffen met lage koolstofgetallen produceert, zoals butanol en ethanol, kan de technologie van het team vanwege de lage koolstofdioxideconcentraties carotenoïden met hogere koolstofgetallen produceren.

Carotenoïden, bekend om hun anti-verouderingseffecten op cellen en gebruikt in cosmetica en supplementen, worden traditioneel geproduceerd door middel van microbiële fermentatie. Door problemen met de veiligheid en de aanvoer van grondstoffen is de productie echter beperkt. Omdat carotenoïden uit 40 koolstofatomen bestaan, moeten micro-organismen bovendien grote hoeveelheden koolstofdioxide consumeren om ze te produceren.

Door een hoge concentratie koolstofdioxide te gebruiken, verbeterde het onderzoeksteam de productiviteit met ongeveer vier keer vergeleken met bestaande technologieën, waardoor de productie van carotenoïden via microbiële elektrosynthese mogelijk werd.

Dr. Lee Soo Youn, de senior onderzoeker, verklaarde:"Dit onderzoek presenteert een nieuwe benadering voor het omzetten van kooldioxide in hoogwaardige stoffen door middel van microbiële elektrosynthese. Als een milieuvriendelijke en zeer potentiële 'platformchemische' technologie op het gebied van bio-energie en biochemie zal het bijdragen aan het bereiken van koolstofneutraliteit door het verminderen en recyclen van broeikasgassen."

Meer informatie: Hui Su Kim et al., Verbetering van microbiële CO2-elektrokatalyse voor de reductie van meerdere koolstofatomen in een natte, op amine gebaseerde katholyt, ChemSusChem (2024). DOI:10.1002/cssc.202301342

Geleverd door de Nationale Onderzoeksraad voor Wetenschap en Technologie