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美国科学家新工程:改造蓝藻,使其利用电力将二氧化碳转化为燃料

前瞻网    2021-10-03 09:00

 

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来自美国国家可再生能源实验室和迈阿密大学的一个联合研究小组,已经开发出一种工程工艺,使蓝藻利用电力将二氧化碳变成乙烯或醋酸。发表在《能源与环境科学》杂志上的论文中,研究小组描述了他们的技术及其作为能源储存系统的可能用途。

正如研究人员所指出,自然光合作用是一种将二氧化碳转化为对人类有用的化合物的低效率手段。在这项新研究中,研究人员对该过程的一部分进行了设计,以使其更加高效,并在此过程中开发了一种储存能源的新方法。

科学家们将自然界的光合作用分为两个主要系统,光系统I和光系统II。光系统I涉及利用光来允许电子跨膜转移。在光系统II中,酶捕捉光子,反过来使电子获得能量。研究人员指出,这个系统存在三个主要的低效率问题:首先是光系统有重叠的吸收光谱;第二是由光系统II产生的氧气必须与二氧化碳竞争固定碳途径的酶;第三,自然界的光合作用只能使用太阳光谱中有限部分的光。

为了克服这些低效率问题,研究人员对蓝细菌(一种通过光合作用获得能量的细菌,又名蓝藻)进行了改造,使其能够利用太阳光和电子流来驱动二氧化碳的固定。更具体地说,研究人员去掉了所有的光系统II,取而代之的是一个人工系统,该系统通过将修改后的细胞连接到一个电路上来工作。研究发现,当细胞暴露在光线下时,蓝藻能够向光系统I输送电子,这使得二氧化碳能够转化为有用的燃料,如乙烯或醋酸。

研究人员指出,如果使用可再生资源作为电力来源,该系统可以作为一种能源储存手段。而且,温室气体二氧化碳可以被用来生产更环保的燃料。然而,还需要进行更多的研究工作,以找出该系统可以如何扩大到实际应用的水平。

题为“Exogenous electricity flowing through cyanobacterial photosystem I drives CO2 valorization with high energy efficiency”的相关研究论文发表在《能源与环境科学》杂志上。

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责任编辑: 4150ZYN

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