量子运行

图片来源：

iStock

细菌和二氧化碳：利用食碳细菌的力量

科学家们正在开发鼓励细菌从环境中吸收更多碳排放的工艺。

作者：
作者姓名
量子运行远见
2022 年 12 月 1 日

洞察总结

藻类的碳吸收能力可能是缓解气候变化最有价值的工具之一。科学家们长期以来一直在研究这一自然过程，以减少温室气体排放并创造环保的生物燃料。这一发展的长期影响可能包括增加对碳捕获技术的研究以及使用人工智能来操纵细菌生长。

细菌和二氧化碳背景

有多种方法可以去除空气中的二氧化碳 (CO2)；然而，将碳流与其他气体和污染物分离的成本很高。更可持续的解决方案是培养藻类等细菌，它们通过消耗二氧化碳、水和阳光进行光合作用产生能量。科学家们一直在尝试将这种能量转化为生物燃料的方法。

2007年，加拿大魁北克市的CO2 Solutions公司创造了一种基因工程大肠杆菌，它能产生酶来消耗碳并将其转化为无害的碳酸氢盐。该催化剂是生物反应器系统的一部分，可以扩展该系统以捕获使用化石燃料的发电厂的排放物。

从那时起，技术和研究取得了进步。 2019年，美国Hypergiant Industries公司创建了Eos生物反应器。该小工具的尺寸为 3 x 3 x 7 英尺（90 x 90 x 210 厘米）。它旨在放置在城市环境中，捕获并封存空气中的碳，同时生产清洁的生物燃料，从而有可能减少建筑物的碳足迹。

该反应器使用微藻，一种被称为小球藻的物种，据说比任何其他植物吸收更多的二氧化碳。藻类在装置内的管道系统和水库内生长，充满空气并暴露在人造光下，为植物提供生长和生产生物燃料以供收集所需的物质。据 Hypergiant Industries 称，Eos 生物反应器捕获碳的效率是树木的 2 倍。这一功能归功于机器学习软件，该软件负责监督藻类生长过程，包括管理光照、温度和 pH 值以实现最大产量。

破坏性影响

丙酮和异丙醇 (IPA) 等工业材料的全球市场总额超过 10 亿美元。丙酮和异丙醇是广泛使用的消毒剂和防腐剂。它是世界卫生组织 (WHO) 推荐的两种消毒剂配方之一的基础，该配方对 SARS-CoV-2 非常有效。丙酮也是许多聚合物和合成纤维、稀释聚酯树脂、清洁设备和指甲油去除剂的溶剂。由于其批量生产，这些化学品是最大的碳排放源之一。

2022 年，伊利诺伊州西北大学的研究人员与碳回收公司 Lanza Tech 合作，研究细菌如何分解废弃二氧化碳并将其转化为有价值的工业化学品。研究人员使用合成生物学工具对细菌 Clostridium autoethanogenum（最初由 LanzaTech 设计）进行重新编程，以通过气体发酵更可持续地生产丙酮和 IPA。

这项技术消除了大气中的温室气体，并且不使用化石燃料来制造化学品。该团队的生命周期分析表明，负碳平台如果大规模采用，与其他方法相比有可能减少160%的温室气体排放。研究团队预计开发的菌株和发酵技术将能够扩大规模。科学家们还可以利用这个过程来制定更快的程序来制造其他必需的化学品。

细菌和二氧化碳的影响

使用细菌捕获二氧化碳的更广泛影响可能包括：

不同重工业的公司与生物科学公司签约，对藻类进行生物工程改造，这些藻类可以专门消耗和转化生产工厂中的特定废化学品和材料，既可以减少二氧化碳/污染的排放，又可以创造有利可图的废物副产品。
对捕获碳排放的自然解决方案进行更多研究和资助。
一些制造公司与碳捕获技术公司合作，过渡到绿色技术并收取碳退税。
更多的初创公司和组织专注于通过生物过程固碳，包括海洋铁施肥和造林。
使用机器学习技术来简化细菌生长并优化产量。
各国政府与研究机构合作寻找其他碳捕获细菌，以实现到 2050 年实现净零排放的承诺。