Micróbios que crescem em eletrodos cilíndricos porosos sugam CO2 e o transformam em produtos químicos úteis, como acetato e metano. © 2018 Bin Bian
Micróbios podem se tornar aliados-chave nos esforços globais para reduzir as emissões de carbono e evitar mudanças climáticas perigosas. Um grupo de micróbios chamados quimiolitoautotróficos consomem CO 2 através de seu metabolismo natural, cuspir pequenas moléculas orgânicas como um subproduto. Esses micróbios podem ser recrutados para converter CO industrial 2 emissões em produtos químicos valiosos, graças a um novo conceito desenvolvido por Pascal Saikaly e sua equipe na KAUST.
Os quimiolitoautotróficos são comumente encontrados no fundo do mar, em cavernas e fontes hidrotermais, onde as fontes convencionais de energia, como luz solar e carbono orgânico, estamos faltando. “Os micróbios obtêm sua energia a partir da oxidação de compostos inorgânicos, como o hidrogênio, ferro e enxofre, "explica Bin Bian, um Ph.D. aluno da equipe de Saikaly. Os micróbios retiram os compostos inorgânicos de elétrons enquanto absorvem CO 2 e reduzi-lo a produtos orgânicos como parte do processo.
Para aproveitar os recursos quimiolitoautotróficos para a reciclagem de CO 2 emissões em produtos químicos úteis, pesquisadores fornecem elétrons aos micróbios em um processo chamado eletrossíntese microbiana (MES). Tipicamente, Reatores MES desenvolveram quimiolitoautotróficos em um cátodo plano submerso e CO borbulhado 2 gás na solução, mas esta configuração tem duas limitações principais, explica Manal Alqahtani, também aluno de doutorado da equipe. Os cátodos de folha plana são difíceis de aumentar e CO 2 o gás tem baixa solubilidade.
A equipe desenvolveu um reator MES alternativo usando cátodos feitos de empilháveis, fibras de níquel porosas cilíndricas que o grupo de Saikaly aplicou anteriormente para recuperar água e energia de águas residuais. CO 2 é bombeado através de cada cilindro, e os elétrons fluem ao longo dele. "Usando esta arquitetura, nós entregamos CO diretamente 2 gás para quimiolitoautótrofos através dos poros nas fibras ocas, "Alqahtani diz." Fornecemos elétrons e CO 2 simultaneamente a quimiolitoautótrofos na superfície do cátodo. "
No estudo inicial de Alqahtani, Micróbios produtores de metano foram capazes de converter CO 2 ao metano com 77 por cento de eficiência, em comparação com a eficiência de 3 por cento com um design convencional.
Um estudo de acompanhamento melhorou ainda mais o desempenho, revestindo os eletrodos com nanotubos de carbono. Estes ofereceram uma superfície mais biocompatível para o crescimento microbiano, e melhorou o CO das fibras ocas 2 capacidade de adsorção 11 vezes. "Além disso, os nanotubos aumentaram a transferência de elétrons do eletrodo para quimiolitoautotróficos, "Bin diz. Em testes usando micróbios produtores de acetato, a produção do produto químico quase dobrou quando o revestimento de nanotubo foi aplicado.
O trabalho contínuo de Alqahtani inclui a investigação de abordagens mais fáceis para desenvolver cátodos cilíndricos porosos, enquanto Bian está otimizando CO 2 taxas de fluxo e investimento em fontes de energia renováveis MES, como solar. Ambos os alunos reconhecem a valiosa contribuição feita a seus estudos por Krishna Katuri, um cientista pesquisador no laboratório de Saikaly.
