I microbi che crescono su elettrodi cilindrici porosi aspirano CO2 e la trasformano in sostanze chimiche utili come acetato e metano.© 2018 Bin Bian
I microbi potrebbero diventare alleati chiave negli sforzi globali per ridurre le emissioni di carbonio ed evitare pericolosi cambiamenti climatici. Un gruppo di microbi chiamati chemolitoautotrofi consuma CO 2 attraverso il loro metabolismo naturale, sputando piccole molecole organiche come sottoprodotto. Questi microbi potrebbero essere arruolati per convertire la CO . industriale 2 emissioni in sostanze chimiche preziose, grazie a un nuovo concetto sviluppato da Pascal Saikaly e dal suo team di KAUST.
I chemolitoautotrofi si trovano comunemente nel mare profondo, in grotte e bocche idrotermali, dove le fonti energetiche convenzionali, come la luce solare e il carbonio organico, mancano. "I microbi ottengono la loro energia dall'ossidazione di composti inorganici, come l'idrogeno, ferro e zolfo, " spiega Bin Bian, un dottorato di ricerca studente della squadra di Saikaly. I microbi spogliano i composti inorganici degli elettroni mentre assorbono CO 2 e riducendolo a prodotti biologici come parte del processo.
Per sfruttare le capacità chemolitoautotrofi per il riciclaggio di CO 2 emissioni in sostanze chimiche utili, i ricercatori forniscono elettroni ai microbi in un processo chiamato elettrosintesi microbica (MES). Tipicamente, I reattori MES sono cresciuti chemolithoautotrophs su un catodo a foglio piatto sommerso e CO2 gorgogliante 2 gas nella soluzione, ma questa configurazione ha due limitazioni principali, spiega Manal Alqahtani, anche uno studente di dottorato nel team. I catodi piatti sono difficili da scalare e la CO 2 il gas ha scarsa solubilità.
Il team ha sviluppato un reattore MES alternativo utilizzando catodi realizzati con materiali impilabili, fibre cilindriche di nichel poroso che il gruppo di Saikaly aveva precedentemente applicato per recuperare acqua ed energia dalle acque reflue. CO 2 viene pompato attraverso ogni cilindro, e gli elettroni scorrono lungo di essa. "Utilizzando questa architettura, forniamo direttamente CO 2 gas ai chemolitoautotrofi attraverso i pori delle fibre cave, " Dice Alqahtani. "Abbiamo fornito elettroni e CO 2 contemporaneamente ai chemolitoautotrofi sulla superficie del catodo".
Nello studio iniziale di Alqahtani, i microbi produttori di metano sono stati in grado di convertire la CO 2 al metano con un'efficienza del 77%, rispetto al 3 percento di efficienza con un design convenzionale.
Uno studio di follow-up ha migliorato ulteriormente le prestazioni rivestendo gli elettrodi con nanotubi di carbonio. Questi offrivano una superficie più biocompatibile per la crescita microbica, e migliorato la CO . delle fibre cave 2 capacità di adsorbimento 11 volte. "Inoltre, i nanotubi hanno potenziato il trasferimento di elettroni dall'elettrodo ai chemolitoautotrofi, " dice Bin. Nei test che utilizzano microbi produttori di acetato, la produzione della sostanza chimica è quasi raddoppiata quando è stato applicato il rivestimento di nanotubi.
Il lavoro in corso di Alqahtani include lo studio di approcci più semplici per sviluppare catodi cilindrici porosi, mentre Bian sta ottimizzando la CO 2 portate e investire su fonti energetiche rinnovabili MES, come solare. Entrambi gli studenti riconoscono il prezioso contributo dato ai loro studi da Krishna Katuri, un ricercatore nel laboratorio di Saikaly.
