Espera-se que as membranas condutoras microporosas desenvolvidas na KAUST ajudem a moldar o futuro da eletrossíntese microbiana para CO₂ tecnologias de conversão. As membranas estimulam simultaneamente o crescimento de CO₂ -comer micróbios e ajudar na separação dos produtos bioquímicos.
A eletrossíntese microbiana é uma estratégia promissora para reduzir a pegada de carbono humana. Ele usa micróbios vivos específicos para transformar CO₂ em produtos químicos úteis em uma célula eletroquímica por meio de uma reação de redução sob tensão aplicada. Com a redução de CO₂ , os micróbios se multiplicam para formar um biofilme no cátodo da célula, mas seu crescimento envolve um tedioso processo de enriquecimento de várias etapas que leva mais de 30 dias.

Este processo de enriquecimento é um grande gargalo para alcançar a produção bioquímica industrialmente atraente e CO₂ bioconversão. Um outro dreno são as técnicas complexas e intensivas em energia empregadas para isolar os produtos, que consistem principalmente em acetato.

O principal autor Bin Bian, um pós-doc no grupo de Pascal Saikaly, e colegas de trabalho já haviam usado biorreatores eletroquímicos equipados com membranas de fibra oca condutora para tratar águas residuais. Ao fazer isso, eles descobriram um biofilme espesso formado nas membranas de fibras ocas após a microfiltração. "Isso sugeriu que um processo de enriquecimento semelhante para CO₂ -comer biofilmes poderia ser alcançado em sistemas de eletrossíntese microbiana", diz Bian.

Inspirados por essa descoberta, os pesquisadores projetaram membranas de fibra oca de cerâmica revestidas de metal para fabricar cátodos condutores que aceleram o crescimento microbiano enquanto facilitam a separação do acetato. O revestimento consistia em nanopartículas de níquel distribuídas uniformemente que catalisam a eletrólise da água em hidrogênio, um mediador chave na transferência de elétrons entre a membrana e os micróbios.

Os pesquisadores avaliaram o desempenho de seu cátodo de membrana em meio abiótico e na presença de lodo. Eles descobriram que, em ambos os casos, a produção de hidrogênio catalisada por níquel foi essencial para impulsionar o crescimento microbiano e CO₂ conversão em acetato. "Além disso, as fibras ocas serviram como CO₂ -canais de entrega aos micróbios adsorvidos em sua superfície e, consequentemente, aumentaram a eficiência do CO₂ redução", diz Bian.

Os sistemas de eletrossíntese microbiana usando os cátodos de fibra oca revestidos de níquel alcançaram um CO₂ estável bioconversão dentro de um mês. "Isso superou nossas expectativas", diz Bian, observando que os sistemas anteriores precisavam de pelo menos três meses para atingir uma operação estável. "Este é um aspecto importante para expansão futura", explica ele.

Enquanto trabalha em melhorias de desempenho, a equipe agora está expandindo o volume do reator e a capacidade de tratamento de seu sistema de eletrossíntese microbiana. Eles também estão investigando maneiras de integrar seu sistema com a tecnologia de alongamento de cadeia para expandir a bioconversão em bioquímicos de valor agregado que não sejam acetato e metano.

A pesquisa foi publicada no Chemical Engineering Journal . + Explorar mais

Micróbios úteis inalam dióxido de carbono através de um eletrodo cilíndrico poroso e exalam substâncias químicas úteis