從CO 2產生物質的微生物電解

從CO 2產生物質的微生物電解

由于對增加的對策之一CO 2是導致全球氣候變化，化學固定CO 2，隔離在地下或大海（CCS：碳捕獲和儲存），工業，農業等碳捕獲和利用（ CCU) 正在嘗試中。CCU 之一是微生物電解槽 (MEC)，它使用電、微生物和廢物。電解是通過施加電壓在陽極側發生氧化反應而在陰極側發生還原反應的方法。另一方面，微生物維持生命活動的能量獲取（分解代謝）伴隨著體內的氧化還原反應。氧化定義為從物質中去除電子，還原定義為提供電子。向他人提供電子的物質稱為電子供體（如葡萄糖），接受電子的物質稱為電子受體（如氧）。這樣，電解和微生物代謝以同樣的方式基于氧化還原反應。近，發現了具有有趣能力的微生物，可以直接利用電解陰極提供的電子進行代謝，并將CO 2轉化為有價值的資源，如甲烷（CH 4）和有機酸，MEC生產物質的研究已經開始。

下圖展示了 MEC 的基本機制。這種方法有很多種，圖中顯示了使用CO 2的典型設備。陽極和陰極安裝在由隔膜隔開的兩個槽中。接受電子并產生物質的微生物在陰極槽中培養。輔助氧化反應的微生物可能會或可能不會在陽極槽中培養。陽極，通過氧化反應（e -）從電子供體中取出電子。此時，污泥和生活廢水等廢物可作為額外的電子供體，促進反應。提取的電子通過如圖所示的線移動到陰極。同時產生的質子 (H + ) 也通過隔膜移動到陰極室。CO 2從外部供給至陰極槽。附著在陰極上的微生物接收電子并從CO 2和 H +產生甲烷和有機酸。例如甲烷的半反應生成CO 2 + 8H + + 8e - → CH 4 + 2H 2變成O。理論上 1 摩爾 CO 2而 8 摩爾電子多可產生 1 摩爾甲烷。原則上，消耗電力是為了讓電子流動，但通過利用太陽能和風力發電等剩余電力，將電力作為甲烷等氣體燃料（Power to Gas）進行儲存，關于賦予其作用的討論也在進行中。目前，世界范圍內正在開展各種研究，以擴大設備規模和提高反應速度。

微生物電解有效利用CO ₂的基本原理