紫色细菌“电池”将污水转化为清洁能源

万博亚洲体育能源研究前沿:首次报道了在类似电池的“生物电化学系统”中使用光合微生物,显示紫色细菌可以把废水处理厂变成零碳燃料发电机

研究人员发现,将紫色细菌与电流连接起来可以消除它们新陈代谢的障碍。图片:在上面。

据报道,在类似电池的“生物电化学系统”中首次使用光合微生物表明,紫色细菌可以将污水处理厂变成零碳燃料发电机

-作者:Matthew Prior,万博亚洲体育前沿科学作家

你今天把贵重物品冲进马桶里了。

生活污水和工业废水中的有机化合物是潜在的丰富来源能源,生物塑料,甚至动物饲料中的蛋白质——但是没有有效的提取方法,处理厂将其作为污染物丢弃。现在研究人员发现了一个环保和具有成本效益的解决方案。


利用紫色光养细菌生产制氢和固碳的生物和生物电化学系统
阅读原文
下载原文(pdf)


发表在万博亚洲体育能源研究前沿,他们的研究首次表明,紫色光养细菌——可以储存来自光的能量——在电流的作用下,可以从任何类型的有机废物中回收近100%的碳,同时产生氢气用于发电。

“当前污水处理厂最重要的问题之一是高碳排放,”合著者说博士丹尼尔·普约尔胡安·卡洛斯国王大学,西班牙。“我们的光基生物精炼厂工艺可以提供一种从废水中获取绿色能源的方法,零碳足迹。

紫色光合细菌

说到光合作用,绿色独占风头。但是随着叶绿素从秋天的树叶中撤退,它留下黄色的叶子,橙色和红色的表亲。事实上,光合色素有各种各样的颜色,也有各种各样的生物体。

提示紫色光养细菌。它们利用各种色素从阳光中获取能量,它们变成了橙色,红色或棕色——以及紫色。但是它们新陈代谢的多样性,不是他们的颜色,这使得科学家们对它们很感兴趣。

“紫色光养细菌是从有机废物中回收资源的理想工具,多亏了它们高度多样化的新陈代谢,”普约尔解释道。

细菌可以利用有机分子和氮气——而不是二氧化碳和水——来提供碳,用于光合作用的电子和氮。这意味着它们比其他光养细菌和藻类生长得更快,可以产生氢气,蛋白质或一种生物可降解聚酯,作为新陈代谢的副产品。


相关:研究表明减少能源消耗的最好方法


用电调节代谢输出

哪种代谢产物占主导地位取决于细菌的环境条件,比如光照强度,温度,以及有机物和营养物质的种类。

“我们的研究小组利用这些条件来调节紫色细菌的新陈代谢,使之适应不同的应用。这取决于有机废物的来源和市场需求亚伯拉罕Esteve-Nunez教授阿尔卡拉大学,西班牙。

“但我们的方法的独特之处在于利用外部电流优化紫色细菌的产量。”

这一概念,被称为“生物电化学系统”,之所以有效,是因为紫色细菌中的多种代谢途径通过一种共同的方式连接起来:电子。例如,捕获光能需要电子的供应,当把氮变成氨释放出多余的电子时,这些必须被驱散。通过优化细菌内部的电子流,通过正极和负极提供的电流,就像在电池中一样-可以限定这些过程并使合成速率最大化。

最大的生物燃料,最低的碳足迹

在他们最新的研究中,研究小组分析了紫色光养细菌混合产生氢气的最佳条件。他们还测试了负电流的影响,生长介质中由金属电极提供的电子——对细菌代谢行为的影响。

他们的第一个关键发现是,提供最高产氢速率的营养混合物也能将二氧化碳的产量降至最低。

estev - nunez报告说:“这表明,紫色细菌可以从废水中的有机物(苹果酸和谷氨酸钠)中回收有价值的生物燃料,而且碳足迹低。”

更惊人的是使用电极的结果,这是首次证明紫色细菌能够利用负极或阴极的电子通过光合作用捕获二氧化碳。

“我们生物电化学系统的记录显示,紫色细菌和电极之间存在明显的相互作用:电极的负极化导致可检测到的电子消耗,与二氧化碳的减少有关。

这表明紫色细菌利用阴极的电子通过光合作用从有机化合物中获取更多的碳,所以二氧化碳的排放量更少。

用于制氢的生物电化学系统

根据作者的说法,这是首次报道在生物电化学系统中使用混合培养的紫色细菌,也是首次展示了由于与阴极的相互作用而导致的光营养代谢的改变。

捕捉紫色细菌产生的多余二氧化碳不仅有助于减少碳排放,也可以从有机废物中提炼沼气作为燃料。

然而,普约尔承认,该组织的真正目标还在前方。

这项研究的最初目的之一是通过将阴极中的电子提供给紫色细菌的新陈代谢来增加生物氢的产生。然而,PPB细菌似乎更喜欢用这些电子来固定二氧化碳,而不是生成H2。

“我们最近获得了进一步研究以实现这一目标的资金,并将在接下来的几年里致力于此。请继续关注更多的新陈代谢调整。


原文:利用紫色光养细菌生产制氢和固碳的生物和生物电化学系统

再版指南:开放获取和共享研究是其中的一部分万博亚洲体育前沿的使命。除非另外注明,你可以重新发布发布在前沿新闻博客上的文章——只要你包含一个链接到原始研究。manbetx 手机客户端万博亚洲体育出售这些物品是不允许的。

留下一个回复

填写您的详细信息或点击图标登录:

WordPress.com的标志

你正在使用你的WordPress.com帐户进行评论。(注销/改变)

Google +照片

您正在使用您的谷歌+帐户进行评论。(注销/改变)

Twitter图片

您正在使用您的Twitter帐户进行评论。(注销/改变)

Facebook的照片

你正在使用你的Facebook账户进行评论。(注销/改变)

连接到% s