《Nature Biotechnology》将CO2转化为新能源的细菌

【字体: 时间:2022年02月23日 来源:Nature Biotechnology

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  研究人员设计了一种细菌来分解二氧化碳(CO2),将其转化为常用的、昂贵的工业化学品。碳负极法去除大气中的二氧化碳,并绕过化石燃料来产生这些化学物质。

  
   

Upcycling carbon dioxide    

合成生物学家改造了细菌,将碳废料转化为有价值的化学物质。碳负排放的方法可以有助于实现净零排放经济。


众所周知,细菌可以分解乳糖制造酸奶和糖来制造啤酒。现在,由西北大学和LanzaTech领导的研究人员已经利用细菌分解废物二氧化碳(CO2)来制造有价值的工业化学品。

在一项新的试点研究中,研究人员选择、设计和优化了一种细菌菌株,然后成功地证明了其将二氧化碳转化为丙酮和异丙醇(IPA)的能力。

这种新的气体发酵过程不仅可以去除大气中的温室气体,还可以避免使用化石燃料,而化石燃料通常是产生丙酮和IPA所必需的。在进行了生命周期分析后,研究小组发现,如果广泛采用这种碳负平台,与传统工艺相比,可以减少160%的温室气体排放。

这项研究于周一(2月21日)发表在《Nature Biotechnology》杂志上。

“不断加剧的气候危机,加上人口的快速增长,给人类带来了一些最紧迫的挑战,所有这些都与整个生物圈中CO2的不断释放和积累有关,”西北大学的迈克尔·朱伊特(Michael Jewett)说,他是这项研究的联合资深作者。“通过利用我们的能力,在可持续和可再生的基础上,与生物学合作,制造需要的东西,在需要的地方和时间,我们可以开始利用现有的二氧化碳来改变生物经济。”

Jewett与兰扎科技(LanzaTech)的两位研究人员迈克尔·克普克(Michael Koepke)和Ching Leang共同领导了这项研究。

必要的工业散装和平台化学品,丙酮和IPA几乎无处不在,全球市场总额超过100亿美元。IPA被广泛用作消毒剂和防腐剂,是世界卫生组织推荐的两种消毒剂配方中的一种的基础配方,这两种配方对杀灭SARS-CoV-2病毒非常有效。丙酮是许多塑料和合成纤维、稀释聚酯树脂、清洁工具和洗甲水的溶剂。

虽然这些化学物质非常有用,但它们是从化石资源中产生的,导致气候变暖的二氧化碳排放。

为了更可持续地生产这些化学品,研究人员开发了一种新的气体发酵工艺。他们从LanzaTech设计的一种厌氧菌——自体乙醇梭状芽胞杆菌开始研究。然后,研究人员使用合成生物学工具对细菌进行重新编程,使其发酵二氧化碳,生成丙酮和异丙醇。

Jewett说:“这些由无细胞策略领导的创新,指导了菌株工程和途径酶的优化,将生产时间缩短了一年多。”

西北大学和LanzaTech团队相信,开发的菌株和发酵工艺将转化为工业规模。这种方法也可以应用于制造其他有价值的化学物质的简化过程。

LanzaTech首席执行官Jennifer Holmgren说:“这一发现是避免气候灾难的重要一步。今天,我们的大多数商品化学品完全来自新的化石资源,如石油、天然气或煤炭。丙酮和IPA就是两个例子,它们的全球总市场价值达100亿美元。通过关闭碳循环,丙酮和IPA途径将加速其他新产品的开发,使其在多个行业的使用。”

DOI

10.1038/s41587-021-01195-w

Carbon-negative production of acetone and isopropanol by gas fermentation at industrial pilot scale


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