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我校曾建雄、蒋永团队在微生物电合成方面研究取得重要进展

大学作者：福建农林大学 2021-12-23 20:03:22

近日，我校资源与环境学院曾建雄、蒋永团队在微生物电合成方面研究取得重要进展。

论文封面

微生物电合成（microbial electrosynthesis，MES）利用可再生电力驱动微生物固定CO2，合成化学品，在推进低碳经济中具有一定潜力。从工程的角度分析，从阴极到微生物的电子传递过程依赖于电极面积，但是合成产物的性能取决于反应器体积。本研究首次构建了新型流动电极MES反应器，提高产物生成速率并降低能量消耗，阐明了电极驱动微生物的自养固碳途径及基因表达差异。

添加粉末活性炭（powder activated carbon, PAC）的流动电极MES反应器的产乙酸速率比无PAC对照组高两倍。流动电极MES反应器的产乙酸能耗，仅为无PAC对照组、H型MES反应器的一半，多电极反应器的四分之一。基于PAC的流动电极能够降低水跨膜通量、传质阻力，但对电池电压、流变行为、乙酸吸附的影响较小。流动电极能够提高Acetobacterium的相对丰度，促进能量代谢相关基因表达。高比表面积的PAC电极生物膜中色素高表达；低比表面积的传统碳毡电极生物膜中氢酶高表达。识别到两个固碳途径，包括还原性乙酰辅酶A途径（Wood–Ljungdahl pathway, WLP）和还原性三羧酸循环途径（reductive citric acid cycle, rTCA），但存在部分缺失。堆叠型流动电极MES可进一步提升乙酸浓度。研究提供了一种构建高性能、可扩展MES反应器的新方法，并解析了电极驱动自养微生物的碳能代谢机制。未来研究可围绕流动电极生物相容性提升、流动电极MES的产物增值开展。

流动电极微生物电合成及其固碳途径

该研究成果目前以“Flow-Electrode Microbial Electrosynthesis for Increasing Production Rates and Lowering Energy Consumption”为题，发表于中国工程院院刊、中国科技期刊卓越行动计划领军期刊《Engineering》。福建农林大学为第一完成单位，褚娜为第一作者，蒋永副教授为通讯作者。

文章链接：https://doi.org/10.1016/j.eng.2021.09.015