Các nhà nghiên cứu sử dụng điện xúc tác CO2 để tạo ra nhiên liệu sinh học; hiệu quả hơn 45 lần so với sản xuất nhiên liệu sinh học từ đậu nành
16 tháng 11 năm 2024
Các nhà nghiên cứu từ Đại học Washington ở St. Louis, Đại học Missouri và cộng sự của họ tại Đại học Texas A&M đã sử dụng điện xúc tác của carbon dioxide để tạo ra nhiên liệu sinh học điện hiệu quả hơn 45 lần và sử dụng ít đất hơn 45 lần so với sản xuất nhiên liệu sinh học từ đậu nành.
Kết quả công trình của họ đã được công bố trên Joule.
Ý tưởng mới lạ này có thể được áp dụng vào nền kinh tế tuần hoàn để sản xuất nhiên liệu, hóa chất, vật liệu và thành phần thực phẩm không phát thải với hiệu suất cao hơn nhiều so với quang hợp và ít phát thải carbon hơn so với hóa dầu. Chúng tôi đã giải quyết một cách có hệ thống những thách thức trong sản xuất điện sinh học bằng cách xác định các giới hạn về chuyển hóa và sinh hóa của việc sử dụng carbon hai nguyên tử và đã vượt qua những giới hạn này.
—Joshua Yuan, đồng tác giả liên hệ
Nhóm nghiên cứu đã sử dụng phương pháp điện xúc tác để chuyển đổi carbon dioxide thành các chất trung gian tương thích sinh học, chẳng hạn như axetat và etanol. Các chất trung gian sau đó được vi khuẩn chuyển đổi thành lipid hoặc axit béo và cuối cùng trở thành nguyên liệu đầu vào cho biodiesel, Yuan, cũng là giám đốc của Trung tâm nghiên cứu kỹ thuật khử cacbon được hỗ trợ bởi sản xuất sinh học do Quỹ khoa học quốc gia tài trợ tại WashU.
Quy trình vi sinh và chất xúc tác mới lạ này cho phép điện-diesel đạt hiệu suất chuyển đổi năng lượng mặt trời thành phân tử là 4,5% để chuyển đổi carbon dioxide thành lipid, hiệu quả hơn đáng kể so với biodiesel. Quá trình quang hợp tự nhiên ở thực vật trên cạn thường dưới 1%, trong khi năng lượng ánh sáng mặt trời được chuyển đổi thành sinh khối thực vật bằng cách chuyển đổi CO2 thành các phân tử khác nhau để thực vật phát triển, Yuan giải thích.
Để thúc đẩy quá trình điện xúc tác, nhóm nghiên cứu đã thiết kế một chất xúc tác mới dựa trên kẽm và đồng tạo ra các chất trung gian cacbon hai nguyên tử có thể được chuyển đổi thành lipid với chủng vi khuẩn Rhodococcus jostiii (RHA1) được thiết kế, được biết là tạo ra hàm lượng lipid cao. Chủng này cũng thúc đẩy tiềm năng chuyển hóa của etanol, có thể giúp thúc đẩy quá trình chuyển đổi axetat, một chất trung gian, thành axit béo.
Sau khi phát triển quy trình mới, nhóm nghiên cứu đã phân tích tác động của quy trình này đối với biến đổi khí hậu và tìm thấy những kết quả khả quan. Bằng cách sử dụng các nguồn tài nguyên tái tạo cho quá trình điện xúc tác, quy trình điện-diesel sinh học có thể giảm 1,57 gam carbon dioxide trên mỗi gam điện-diesel được sản xuất bằng các sản phẩm phụ của sinh khối, ethylene và các sản phẩm khác, mang lại tiềm năng phát thải âm. Ngược lại, sản xuất dầu diesel thông thường từ dầu mỏ tạo ra 0,52 gam carbon dioxide trên mỗi gam, và các phương pháp sản xuất dầu diesel sinh học tạo ra từ 2,5 gam đến 9,9 gam carbon dioxide trên mỗi gam lipid được sản xuất.
Nghiên cứu này chứng minh khái niệm về một nền tảng rộng lớn để chuyển đổi năng lượng tái tạo thành hóa chất, nhiên liệu và vật liệu hiệu quả cao nhằm giải quyết các giới hạn cơ bản của nền văn minh nhân loại. Quá trình này có thể giải quyết tình trạng thiếu hụt nguyên liệu sinh học và chuyển đổi nhiên liệu tái tạo, hóa chất và sản xuất vật liệu rộng rãi bằng cách đạt được sự độc lập khỏi nhiên liệu hóa thạch trong các lĩnh vực phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch, chẳng hạn như xe hạng nặng tầm xa và máy bay.
—Joshua Yuan
Tài nguyên
Chen K, Zhang P, Chen Y, Fei C, Yu J, Zhou J, Liang Y, Li W, Xiang S, Dai SY, Yuan JS. Điện sinh học được trao quyền bởi Thiết kế chung của vi sinh vật và điện xúc tác. Joule doi: 10.1016/j.joule.2024.10.001
Mời các đối tác xem hoạt động của Công ty TNHH Pacific Group.
FanPage: https://www.facebook.com/Pacific-Group
YouTube: https://www.youtube.com/@PacificGroupCoLt
