Reciclagem artificial de dióxido de carbono (CO₂ ) em produtos de valor agregado de maneira sustentável representa uma oportunidade para enfrentar as questões ambientais e realizar uma economia circular.
No entanto, em comparação com produtos C1/C2 facilmente disponíveis, síntese eficiente e sustentável de compostos de cadeia longa ricos em energia de CO₂ continua a ser um grande desafio.

Uma equipe de pesquisa conjunta liderada pelo Prof. Xia Chuan da Universidade de Ciência Eletrônica e Tecnologia da China, Prof. Yu Tao do Instituto de Tecnologia Avançada de Shenzhen da Academia Chinesa de Ciências e Prof. Zeng Jie da Universidade de Ciências e Tecnologia da China, desenvolveu um eletrobiossistema híbrido, acoplando CO₂ espacialmente separado eletrólise com fermentação de levedura, que converteu eficientemente CO₂ à glicose.

Os resultados foram publicados em Nature Catalysis em 28 de abril.

O eletrobiossistema espacialmente desacoplado proposto inclui CO₂ eletrólise e fermentação de levedura. Ele pode converter CO₂ à glicose ou ácidos graxos com alto título e alto rendimento.

"O ácido acético não é apenas o principal componente do vinagre, mas também uma das excelentes fontes biossintéticas de carbono. Ele pode ser transformado em outras substâncias na vida, como a glicose. O ácido acético pode ser obtido por eletrólise direta do CO₂ , mas com eficiência ultra-baixa. Assim, propomos uma estratégia de duas etapas para converter CO₂ em ácido acético, com CO como intermediário", disse o Prof. Zeng.

Assim, os pesquisadores primeiro converteram CO₂ em CO em um conjunto de eletrodo de membrana usando um catalisador de átomo único Ni–N–C e, em seguida, desenvolveu um catalisador de Cu (GB_Cu) rico em contorno de grão para produção de acetato a partir de redução eletroquímica de CO.

GB_Cu exibiu uma alta eficiência de acetato Faradaico de até 52% a -0,67 V versus um eletrodo de hidrogênio reversível em um reator de célula de fluxo de três eletrodos típico usando eletrólito aquoso de 1,0 M KOH.

"No entanto, o acetato produzido por dispositivos eletrocatalíticos convencionais é sempre misturado com sais eletrolíticos que não podem ser usados ​​diretamente para fermentação biológica", disse o Prof. XIA.

Para enfrentar esse desafio, os pesquisadores desenvolveram um equipamento de reator de eletrólito sólido poroso com membranas espessas de troca aniônica para separação e purificação de solução de ácido acético puro. Ele funcionou de forma contínua e estável por 140 horas sob uma densidade de corrente de -250 mA cm ^-2 , que alcançou uma solução de ácido acético ultrapura com uma pureza relativa de ~ 97% em peso.

Na fermentação microbiana seguinte, os pesquisadores deletou todos os genes de hexoquinase definidos (glk1, hxk1, hxk2, YLR446W e emi2) em Saccharomyces cerevisiae para permitir o crescimento de micróbios em ácido acético puro e a liberação eficiente de glicose in vitro.

A superexpressão de glicose-1-fosfatase heteróloga melhorou ainda mais o título de glicose. S. cerevisiae foi alimentado com acetato titulado de eletrólise, obtendo um título médio de glicose de 1,81 ± 0,14 g·L ^-1 , equivalente a um alto rendimento de 8,9 μmol por grama de levedura por hora. Resultados semelhantes foram observados em S. cerevisiae alimentados com ácido acético puro.

Além disso, uma S. cerevisiae projetada para produção de ácidos graxos livres foi alimentada via titulação de acetato de eletrólise, com um total de ácidos graxos livres (C₈ ~C₁₈ ) título de 500 mg·L ^-1 .

Ácido acético puro e concentrado de CO eletroquímico₂ a redução serviu como fonte de carbono para a fermentação de S. cerevisiae. Tal plataforma para produtos de cadeia longa é promissora para uso prático em larga escala.

"Esta demonstração é um ponto de partida para realizar a síntese artificial sem reação à luz de importantes produtos orgânicos de CO₂ ," disse o Prof. Yu. + Explore mais

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