L'immagine SEM mostra il biofilm catodico denso e uniforme, che comprende principalmente chemolitoautotrofi, e potrebbero fungere da biocatalizzatori per un'efficiente conversione dell'anidride carbonica in acetato. Credito:2020 KAUST
I fotocatalizzatori semiconduttori che assorbono in modo efficiente l'energia solare potrebbero ridurre l'energia necessaria per guidare un processo bioelettrochimico che converte la CO 2 emissioni in sostanze chimiche preziose, I ricercatori KAUST hanno dimostrato.
Riciclo CO 2 potrebbe contemporaneamente ridurre le emissioni di carbonio nell'atmosfera generando sostanze chimiche e combustibili utili, spiega Bin Bian, un dottorato di ricerca studente nel laboratorio di Pascal Saikaly, che ha condotto la ricerca. "Elettrosintesi microbica (MES), insieme a una fornitura di energia rinnovabile, potrebbe essere una di queste tecnologie, "dice Bian.
MES sfrutta la capacità di alcuni microbi di assorbire CO 2 e convertirlo in prodotti chimici, come l'acetato. In natura, I microbi chemolitoautotrofi metabolizzano i minerali come fonte di energia in un processo che comporta lo spostamento degli elettroni. Questa capacità può essere sfruttata per trasformare la CO 2 in prodotti a valore aggiunto se i microbi sono forniti con un flusso di elettroni e protoni dall'acqua anodica che si scinde in una cella elettrochimica (vedi immagine).
Nel loro ultimo lavoro, piuttosto che concentrarsi sulla CO 2 -passo in acetato, il team ha lavorato sulla riduzione dell'input energetico per la produzione di ossigeno molecolare (O2) all'anodo, una reazione che mantiene l'intera cellula in equilibrio. "Nei sistemi MES, si ritiene che il processo che consuma più energia sia la reazione di evoluzione dell'ossigeno (OER), " Spiega Bian. I ricercatori hanno utilizzato materiali anodici che catturano la luce, come il biossido di titanio, che sfruttano l'energia della luce solare per aiutare a guidare l'OER. Nel loro lavoro attuale, il team ha studiato un'alternativa promettente per il fotoanodo, il materiale per la raccolta della luce, vanadato di bismuto.
Il vanadato di bismuto ha assorbito energia da una gamma molto più ampia dello spettro solare rispetto al biossido di titanio, rendendo l'intera cella MES più efficiente, la squadra ha mostrato. "Abbiamo ottenuto un'efficienza di conversione da solare ad acetato dell'1,65%, che è il più alto segnalato finora, " Saikaly dice. "Questa efficienza è circa otto volte superiore all'efficienza dello 0,2 percento della fotosintesi naturale globale, che è il processo a energia solare della natura per convertire la CO 2 in molecole ricche di energia, "Bian note.
Finora il team ha fornito ai biocatalizzatori microbici un flusso costante di elettroni e CO 2 per sostenere la loro crescita. "Il prossimo passo per noi è testare il nostro sistema sotto la luce solare reale e monitorare la resilienza dei biocatalizzatori sotto una fonte di energia rinnovabile intermittente, "dice Saikaly.
