二氧化碳變?yōu)橐后w燃料技術(shù)問世

文/張巍巍

美國(guó)加州大學(xué)洛杉磯分校薩繆里工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院的研究人員，首次展示了利用電力將二氧化碳轉(zhuǎn)化為液體燃料異丁醇的方法。該學(xué)院化學(xué)及分子生物工程系的廖俊智教授及其同事提出了一種將電能儲(chǔ)存為高級(jí)醇形式的化學(xué)能的方式，可作為液體運(yùn)輸燃料使用。廖俊智說：“目前一般使用鋰離子電池來儲(chǔ)存電力，存儲(chǔ)密度很低，但當(dāng)以液態(tài)形式存儲(chǔ)燃料時(shí)，存儲(chǔ)密度能顯著提升，并且新方法還具備利用電力作為運(yùn)輸燃料的潛力，而無需改變現(xiàn)有的基礎(chǔ)設(shè)施。”

研究小組對(duì)一種名為“富養(yǎng)羅爾斯通氏菌H16”的微生物進(jìn)行了基因改造，使用二氧化碳作為單一碳來源，電力作為唯一的能量輸入，在電子生物反應(yīng)器中生產(chǎn)出異丁醇和異戊醇(3-甲基-1-丁醇)。

光合作用是指植物等在可見光的照射下，經(jīng)過光反應(yīng)和暗反應(yīng)（又稱碳反應(yīng)）兩個(gè)階段，利用光合色素，將光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，將二氧化碳（或硫化氫）和水轉(zhuǎn)化為有機(jī)物，并釋放出氧氣（或氫氣）的生化過程。在此次研究中，科學(xué)家將光反應(yīng)和碳反應(yīng)分離開來，不利用生物的光合作用，而改用太陽能電池板將陽光轉(zhuǎn)化為電能，隨后形成化工中間體，以其促進(jìn)二氧化碳的固定，最終生成燃料。廖俊智解釋說，這一方式將比普通的生物系統(tǒng)更為有效。后者需要基于大量農(nóng)耕土地種植植物，新方式則由于不需要光反應(yīng)和碳反應(yīng)同時(shí)發(fā)生，所以可將太陽能電池板置于沙漠中或屋頂上。

理論上，太陽能發(fā)電所產(chǎn)生的氫可促使轉(zhuǎn)基因微生物中的二氧化碳轉(zhuǎn)化，以形成高能量密度的液體燃料。但溶解性低、質(zhì)量遷移率低，以及和氫相關(guān)的安全隱患都制約了這一過程的效率和可擴(kuò)展性，因此，研究小組采用甲酸替代氫作為中間體和高效的能源載體。科研人員表示，他們首先借助電力產(chǎn)生甲酸，再利用甲酸促進(jìn)二氧化碳在細(xì)菌中的固定，在黑暗中生成異丁醇和高級(jí)醇。

廖俊智表示，電氣化學(xué)中甲酸鹽的生成，生物學(xué)中二氧化碳的固定，以及高級(jí)醇的合成，都為電力驅(qū)動(dòng)二氧化碳向多種化學(xué)物質(zhì)的生物轉(zhuǎn)化開啟了可能。此外，甲酸鹽轉(zhuǎn)化為液體燃料也將在生物質(zhì)煉制過程中發(fā)揮重要作用。