Los microbios que crecen en electrodos cilíndricos porosos absorben CO2 y lo convierten en sustancias químicas útiles como el acetato y el metano. © 2018 Bin Bian
Los microbios podrían convertirse en aliados clave en los esfuerzos globales para frenar las emisiones de carbono y evitar un cambio climático peligroso. Un grupo de microbios llamados quimiolitoautótrofos consumen CO 2 a través de su metabolismo natural, escupiendo pequeñas moléculas orgánicas como subproducto. Estos microbios podrían alistarse para convertir CO industrial 2 emisiones en sustancias químicas valiosas, gracias a un nuevo concepto desarrollado por Pascal Saikaly y su equipo en KAUST.
Los quimiolitoautótrofos se encuentran comúnmente en las profundidades del mar, en cuevas y respiraderos hidrotermales, donde las fuentes de energía convencionales, como la luz solar y el carbono orgánico, faltan. "Los microbios obtienen su energía de la oxidación de compuestos inorgánicos, como el hidrógeno, hierro y azufre, "explica Bin Bian, un doctorado estudiante del equipo de Saikaly. Los microbios eliminan los compuestos inorgánicos de electrones mientras absorben CO 2 y reducirlo a productos orgánicos como parte del proceso.
Aprovechar las capacidades de quimiolitoautótrofos para reciclar CO 2 emisiones en productos químicos útiles, Los investigadores suministran electrones a los microbios en un proceso llamado electrosíntesis microbiana (MES). Típicamente, Los reactores MES han desarrollado quimiolitoautótrofos en un cátodo de hoja plana sumergido y burbujeo de CO 2 gas en la solución, pero esta configuración tiene dos limitaciones clave, explica Manal Alqahtani, también estudiante de doctorado en el equipo. Los cátodos de hoja plana son difíciles de escalar y el CO 2 el gas tiene poca solubilidad.
El equipo desarrolló un reactor MES alternativo utilizando cátodos hechos de apilables, Fibras cilíndricas porosas de níquel que el grupo de Saikaly había aplicado previamente para recuperar agua y energía de las aguas residuales. CO 2 se bombea a través de cada cilindro, y los electrones fluyen a lo largo de él. "Con esta arquitectura, entregamos CO directamente 2 gas a quimiolitoautótrofos a través de los poros de las fibras huecas, "Dice Alqahtani." Proporcionamos electrones y CO 2 simultáneamente a los quimiolitoautótrofos en la superficie del cátodo ".
En el estudio inicial de Alqahtani, Los microbios productores de metano pudieron convertir CO 2 al metano con una eficiencia del 77 por ciento, en comparación con el 3 por ciento de eficiencia con un diseño convencional.
Un estudio de seguimiento mejoró aún más el rendimiento al recubrir los electrodos con nanotubos de carbono. Estos ofrecieron una superficie más biocompatible para el crecimiento microbiano, y mejoró el CO de las fibras huecas 2 capacidad de adsorción 11 veces mayor. "Adicionalmente, los nanotubos mejoraron la transferencia de electrones del electrodo a los quimiolitoautótrofos, "Bin dice. En las pruebas que utilizan microbios productores de acetato, la producción de la sustancia química casi se duplicó cuando se aplicó el recubrimiento de nanotubos.
El trabajo en curso de Alqahtani incluye investigar enfoques más fáciles para desarrollar cátodos cilíndricos porosos, mientras Bian optimiza el CO 2 caudales e inversión en fuentes de energía renovables MES, como solar. Ambos estudiantes reconocen la valiosa contribución hecha a sus estudios por Krishna Katuri, un científico investigador en el laboratorio de Saikaly.
