从CO 2产生物质的微生物电解

从CO 2产生物质的微生物电解

由于对增加的对策之一CO 2是导致全球气候变化，化学固定CO 2，隔离在地下或大海（CCS：碳捕获和储存），工业，农业等碳捕获和利用（ CCU) 正在尝试中。CCU 之一是微生物电解槽 (MEC)，它使用电、微生物和废物。电解是通过施加电压在阳极侧发生氧化反应而在阴极侧发生还原反应的方法。另一方面，微生物维持生命活动的能量获取（分解代谢）伴随着体内的氧化还原反应。氧化定义为从物质中去除电子，还原定义为提供电子。向他人提供电子的物质称为电子供体（如葡萄糖），接受电子的物质称为电子受体（如氧）。这样，电解和微生物代谢以同样的方式基于氧化还原反应。近，发现了具有有趣能力的微生物，可以直接利用电解阴极提供的电子进行代谢，并将CO 2转化为有价值的资源，如甲烷（CH 4）和有机酸，MEC生产物质的研究已经开始。

下图展示了 MEC 的基本机制。这种方法有很多种，图中显示了使用CO 2的典型设备。阳极和阴极安装在由隔膜隔开的两个槽中。接受电子并产生物质的微生物在阴极槽中培养。辅助氧化反应的微生物可能会或可能不会在阳极槽中培养。阳极，通过氧化反应（e -）从电子供体中取出电子。此时，污泥和生活废水等废物可作为额外的电子供体，促进反应。提取的电子通过如图所示的线移动到阴极。同时产生的质子 (H + ) 也通过隔膜移动到阴极室。CO 2从外部供给至阴极槽。附着在阴极上的微生物接收电子并从CO 2和 H +产生甲烷和有机酸。例如甲烷的半反应生成CO 2 + 8H + + 8e - → CH 4 + 2H 2变成O。理论上 1 摩尔 CO 2而 8 摩尔电子多可产生 1 摩尔甲烷。原则上，消耗电力是为了让电子流动，但通过利用太阳能和风力发电等剩余电力，将电力作为甲烷等气体燃料（Power to Gas）进行储存，关于赋予其作用的讨论也在进行中。目前，世界范围内正在开展各种研究，以扩大设备规模和提高反应速度。

微生物电解有效利用CO ₂的基本原理