Si prevede che le membrane conduttive microporose sviluppate presso KAUST contribuiranno a plasmare il futuro dell'elettrosintesi microbica per CO₂ tecnologie di conversione. Le membrane stimolano contemporaneamente la crescita di CO₂ -mangiare microbi e favorire la separazione dei prodotti biochimici.

L'elettrosintesi microbica è una strategia promettente per ridurre l'impronta di carbonio umana. Utilizza specifici microbi viventi per trasformare CO₂ in sostanze chimiche utili in una cella elettrochimica tramite una reazione di riduzione sotto tensione applicata. Con la riduzione di CO₂ , i microbi si moltiplicano per formare un biofilm sul catodo della cellula, ma la loro crescita comporta un noioso processo di arricchimento in più fasi che richiede più di 30 giorni.

Questo processo di arricchimento è un importante collo di bottiglia per ottenere una produzione biochimica e CO₂ attraente dal punto di vista industriale bioconversione. Un ulteriore drenaggio sono le tecniche complesse e ad alta intensità energetica impiegate per isolare i prodotti, che consistono principalmente in acetato.

L'autore principale Bin Bian, un post-dottorato nel gruppo di Pascal Saikaly, e colleghi avevano precedentemente utilizzato bioreattori elettrochimici dotati di membrane a fibre cave conduttive per trattare le acque reflue. Nel fare ciò, hanno scoperto uno spesso biofilm formato sulle membrane a fibra cava dopo la microfiltrazione. "Questo ha suggerito che un processo di arricchimento simile per CO₂ -il consumo di biofilm potrebbe essere ottenuto nei sistemi di elettrosintesi microbica", afferma Bian.

Ispirati da questa scoperta, i ricercatori hanno progettato membrane a fibra cava in ceramica rivestite di metallo per produrre catodi conduttori che accelerano la crescita microbica facilitando la separazione dell'acetato. Il rivestimento era costituito da nanoparticelle di nichel uniformemente distribuite che catalizzano l'elettrolisi dell'acqua in idrogeno, un mediatore chiave nel trasferimento di elettroni tra membrana e microbi.

I ricercatori hanno valutato le prestazioni del loro catodo a membrana in mezzo abiotico e in presenza di fanghi. Hanno scoperto che, in entrambi i casi, la produzione di idrogeno catalizzata dal nichel era essenziale per stimolare la crescita microbica e la CO₂ conversione in acetato. "Inoltre, le fibre cave fungevano da CO₂ -canali di erogazione ai microbi adsorbiti sulla loro superficie e conseguentemente potenziato l'efficienza della CO₂ riduzione", afferma Bian.

I sistemi di elettrosintesi microbica che utilizzano i catodi a fibra cava rivestiti di nichel hanno ottenuto una CO₂ stabile bioconversione entro un mese. "Questo ha superato le nostre aspettative", afferma Bian, sottolineando che i sistemi precedenti richiedevano almeno tre mesi per raggiungere un funzionamento stabile. "Questo è un aspetto importante per il futuro ampliamento", spiega.

Mentre lavora al miglioramento delle prestazioni, il team sta ora espandendo il volume del reattore e la capacità di trattamento del loro sistema di elettrosintesi microbica. Stanno anche studiando modi per integrare il loro sistema con la tecnologia di allungamento della catena per espandere la bioconversione a sostanze biochimiche a valore aggiunto diverse dall'acetato e dal metano.

La ricerca è stata pubblicata su Chemical Engineering Journal . + Esplora ulteriormente

I microbi utili inalano l'anidride carbonica attraverso un elettrodo cilindrico poroso ed emanano sostanze chimiche utili