二氧化碳變?yōu)橐后w燃料技術(shù)問世

文/張巍巍

美國加州大學(xué)洛杉磯分校薩繆里工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院的研究人員，首次展示了利用電力將二氧化碳轉(zhuǎn)化為液體燃料異丁醇的方法。該學(xué)院化學(xué)及分子生物工程系的廖俊智教授及其同事提出了一種將電能儲存為高級醇形式的化學(xué)能的方式，可作為液體運(yùn)輸燃料使用。廖俊智說：“目前一般使用鋰離子電池來儲存電力，存儲密度很低，但當(dāng)以液態(tài)形式存儲燃料時(shí)，存儲密度能顯著提升，并且新方法還具備利用電力作為運(yùn)輸燃料的潛力，而無需改變現(xiàn)有的基礎(chǔ)設(shè)施?！?/p>

研究小組對一種名為“富養(yǎng)羅爾斯通氏菌H16”的微生物進(jìn)行了基因改造，使用二氧化碳作為單一碳來源，電力作為唯一的能量輸入，在電子生物反應(yīng)器中生產(chǎn)出異丁醇和異戊醇(3-甲基-1-丁醇)。

光合作用是指植物等在可見光的照射下，經(jīng)過光反應(yīng)和暗反應(yīng)（又稱碳反應(yīng)）兩個(gè)階段，利用光合色素，將光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，將二氧化碳（或硫化氫）和水轉(zhuǎn)化為有機(jī)物，并釋放出氧氣（或氫氣）的生化過程。在此次研究中，科學(xué)家將光反應(yīng)和碳反應(yīng)分離開來，不利用生物的光合作用，而改用太陽能電池板將陽光轉(zhuǎn)化為電能，隨后形成化工中間體，以其促進(jìn)二氧化碳的固定，最終生成燃料。廖俊智解釋說，這一方式將比普通的生物系統(tǒng)更為有效。后者需要基于大量農(nóng)耕土地種植植物，新方式則由于不需要光反應(yīng)和碳反應(yīng)同時(shí)發(fā)生，所以可將太陽能電池板置于沙漠中或屋頂上。

理論上，太陽能發(fā)電所產(chǎn)生的氫可促使轉(zhuǎn)基因微生物中的二氧化碳轉(zhuǎn)化，以形成高能量密度的液體燃料。但溶解性低、質(zhì)量遷移率低，以及和氫相關(guān)的安全隱患都制約了這一過程的效率和可擴(kuò)展性，因此，研究小組采用甲酸替代氫作為中間體和高效的能源載體?？蒲腥藛T表示，他們首先借助電力產(chǎn)生甲酸，再利用甲酸促進(jìn)二氧化碳在細(xì)菌中的固定，在黑暗中生成異丁醇和高級醇。

廖俊智表示，電氣化學(xué)中甲酸鹽的生成，生物學(xué)中二氧化碳的固定，以及高級醇的合成，都為電力驅(qū)動二氧化碳向多種化學(xué)物質(zhì)的生物轉(zhuǎn)化開啟了可能。此外，甲酸鹽轉(zhuǎn)化為液體燃料也將在生物質(zhì)煉制過程中發(fā)揮重要作用。