Diagramma schematico della sintesi in vitro di anidride carbonica di molecole alimentari a catena lunga ad alta energia. Credito:SIAT
Riciclo artificiale dell'anidride carbonica (CO2 ) in prodotti a valore aggiunto in modo sostenibile rappresenta un'opportunità per affrontare le questioni ambientali e realizzare un'economia circolare.
Tuttavia, rispetto ai prodotti C1/C2 facilmente disponibili, sintesi efficiente e sostenibile di composti a catena lunga ricchi di energia da CO2 rimane ancora una grande sfida.
Un gruppo di ricerca congiunto guidato dal Prof. Xia Chuan dell'Università di Scienze e Tecnologie Elettroniche della Cina, dal Prof. Yu Tao dall'Istituto di Tecnologia Avanzata di Shenzhen dell'Accademia Cinese delle Scienze e dal Prof. Zeng Jie dell'Università di Scienze e La tecnologia cinese ha sviluppato un elettro-biosistema ibrido, accoppiando CO2 spazialmente separati elettrolisi con fermentazione del lievito, che converte in modo efficiente CO2 al glucosio.
I risultati sono stati pubblicati su Nature Catalysis il 28 aprile.
L'elettro-biosistema disaccoppiato spazialmente proposto include CO2 elettrolisi e fermentazione dei lieviti. Può convertire CO2 a glucosio o acidi grassi sia ad alto titolo che ad alta resa.
"L'acido acetico non è solo il componente principale dell'aceto, ma anche una delle eccellenti fonti di carbonio biosintetico. Può essere trasformato in altre sostanze nella vita, come il glucosio. L'acido acetico può essere ottenuto mediante elettrolisi diretta di CO2 , ma con un'efficienza ultra-bassa. Proponiamo quindi una strategia in due fasi per convertire CO2 in acido acetico, con CO come intermedio", ha affermato il Prof. Zeng.
Di conseguenza, i ricercatori hanno prima convertito CO2 in CO in un gruppo di elettrodi a membrana utilizzando un catalizzatore a atomo singolo Ni–N–C, quindi ha sviluppato un catalizzatore Cu (GB_Cu) ricco di bordi di grano per la produzione di acetato dalla riduzione elettrochimica di CO.
La conversione dell'anidride carbonica e dell'acqua in prodotti a catena lunga realizzati mediante fermentazione biologica accoppiata elettrochimicamente. Credito:SIAT
GB_Cu ha mostrato un'elevata efficienza Faradaica dell'acetato fino al 52% a -0,67 V rispetto a un elettrodo di idrogeno reversibile in un tipico reattore a cella di flusso a tre elettrodi utilizzando un elettrolita acquoso da 1,0 M KOH.
"Tuttavia, l'acetato prodotto dai dispositivi elettrocatalitici convenzionali è sempre miscelato con sali elettrolitici che non possono essere utilizzati direttamente per la fermentazione biologica", ha affermato il Prof. XIA.
Per affrontare questa sfida, i ricercatori hanno sviluppato un'apparecchiatura del reattore a elettrolita solido poroso con membrane a scambio anionico spesse per la separazione e la purificazione della soluzione di acido acetico puro. Ha funzionato in modo continuo e stabile per 140 ore con una densità di corrente di -250 mA cm -2 , che ha ottenuto una soluzione di acido acetico ultrapuro con una purezza relativa di ~97% in peso%.
Nella successiva fermentazione microbica, i ricercatori hanno eliminato tutti i geni esochinasi definiti (glk1, hxk1, hxk2, YLR446W ed emi2) in Saccharomyces cerevisiae per consentire la crescita microbica sull'acido acetico puro e il rilascio efficiente di glucosio in vitro.
La sovraespressione della glucosio-1-fosfatasi eterologa ha ulteriormente migliorato il titolo di glucosio. S. cerevisiae è stata alimentata con acetato titolato da elettrolisi, ottenendo un titolo medio di glucosio di 1,81 ± 0,14 g·L -1 , equivalente a un'elevata resa di 8,9 μmol per grammo di lievito all'ora. Risultati simili sono stati osservati in S. cerevisiae alimentato con acido acetico puro.
Inoltre, una S. cerevisiae ingegnerizzata per la produzione di acidi grassi liberi è stata alimentata tramite titolazione di acetato dall'elettrolisi, con un totale di acidi grassi liberi (C8 ~C18 ) titolo di 500 mg·L -1 .
Acido acetico puro e concentrato da CO2 elettrochimico la riduzione è servita come fonte di carbonio per la fermentazione di S. cerevisiae. Tale piattaforma per prodotti a catena lunga è promettente per un uso pratico su larga scala.
"Questa dimostrazione è un punto di partenza per realizzare la sintesi artificiale senza reazioni alla luce di importanti prodotti organici da CO2 ", ha affermato il Prof. Yu. + Esplora ulteriormente
