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細菌和二氧化碳：利用食碳細菌的力量

科學家們正在開發鼓勵細菌從環境中吸收更多碳排放的工藝。

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量子運行遠見
2022 年 12 月 1 日

洞察總結

藻類的碳吸收能力可能是緩解氣候變遷最有價值的工具之一。科學家長期以來一直在研究這個自然過程，以減少溫室氣體排放並創造環保的生物燃料。這一發展的長期影響可能包括增加對碳捕獲技術的研究以及使用人工智慧來操縱細菌生長。

細菌和二氧化碳背景

有多種方法可以去除空氣中的二氧化碳 (CO2)；然而，將碳流與其他氣體和污染物分離的成本很高。更可持續的解決方案是培養細菌，例如藻類，它們通過消耗二氧化碳、水和陽光進行光合作用來產生能量。科學家們一直在試驗將這種能量轉化為生物燃料的方法。

2007 年，加拿大魁北克市的 CO2 Solutions 培育出一種基因工程類型的大腸桿菌，它可以產生酶來吸收碳並將其轉化為無害的碳酸氫鹽。該催化劑是生物反應器系統的一部分，可以擴展該系統以捕獲使用化石燃料的發電廠的排放物。

從那時起，技術和研究取得了進步。 2019 年，美國公司 Hypergiant Industries 創建了 Eos 生物反應器。該小工具的尺寸為 3 x 3 x 7 英尺（90 x 90 x 210 厘米）。它旨在放置在城市環境中，在那裡它可以捕獲和封存空氣中的碳，同時生產清潔的生物燃料，從而有可能減少建築物的碳足跡。

該反應器使用微藻，一種被稱為普通小球藻的物種，據說吸收的二氧化碳比任何其他植物都多。藻類在設備內的管道系統和水庫內生長，充滿空氣並暴露在人造光下，為植物提供生長和生產生物燃料以供收集所需的條件。據 Hypergiant Industries 稱，Eos 生物反應器捕獲碳的效率是樹木的 2 倍。此功能歸功於監督藻類生長過程的機器學習軟件，包括管理光照、溫度和 pH 值以獲得最大輸出。

破壞性影響

丙酮和異丙醇 (IPA) 等工業材料的全球市場總額超過 10 億美元。丙酮和異丙醇是應用廣泛的消毒劑和防腐劑。它是世界衛生組織 (WHO) 推薦的兩種消毒劑配方之一的基礎，對 SARS-CoV-2 非常有效。丙酮也是許多聚合物和合成纖維、稀釋聚酯樹脂、清潔設備和指甲油去除劑的溶劑。由於大量生產，這些化學品是最大的碳排放源之一。

2022 年，伊利諾伊州西北大學的研究人員與碳回收公司 Lanza Tech 合作，研究細菌如何分解廢棄的二氧化碳並將其轉化為有價值的工業化學品。研究人員使用合成生物學工具對細菌 Clostridium autoethanogenum（最初由 LanzaTech 設計）進行重新編程，以通過氣體發酵更可持續地生產丙酮和 IPA。

該技術消除了大氣中的溫室氣體，並且不使用化石燃料來製造化學品。該團隊的生命週期分析表明，如果大規模採用負碳平台，與其他方法相比，有可能減少 160% 的溫室氣體排放。研究團隊期望開發的菌株和發酵技術能夠擴大規模。科學家們還可以使用該過程來製定更快的程序來製造其他必需的化學物質。

細菌和二氧化碳的影響

使用細菌捕獲二氧化碳的更廣泛影響可能包括：

不同重工業中的公司將生物科學公司與生物工程藻類簽訂合同，這些藻類可以專門消耗和轉化來自生產工廠的特定廢棄化學品和材料，既可以減少二氧化碳/污染排放，也可以產生有利可圖的廢棄副產品。
更多的研究和資金用於捕獲碳排放的自然解決方案。
一些製造公司與碳捕獲技術公司合作，以過渡到綠色技術並收取碳稅退稅。
更多的初創公司和組織專注於通過生物過程固碳，包括海洋鐵施肥和植樹造林。
使用機器學習技術簡化細菌生長並優化輸出。
各國政府與研究機構合作尋找其他碳捕獲細菌，以實現到 2050 年實現淨零排放的承諾。