基因改造细菌将二氧化碳转化为液态燃料

生物谷，2012-03-31

如今，通过不同方法产生的电能仍然难以得到有效的储存。化学电池、液压泵和水裂解遭遇低能量密度储存或者与当前运输基础设施不兼容的问题。比如当前储存电能的方法之一就是利用锂离子电池进行储存，但是储存的能量密度较低。

根据2012年3月30日发表在《科学》期刊上的一篇论文，美国加州大学洛杉矶分校拉夫-帕森基金会(Ralph M. Parsons Foundation)化学工程部门主席James Liao和他的研究小组报道了一种储存电能的方法：将电能转化为高级醇(higher alcohol)携带的化学能进行储存。更重要的是，这些高级醇能够作为液态运输用燃料进行使用。 Liao和他的研究小组发现一种被真氧产碱杆菌H16 (Ralstonia eutropha H16)的无机自养型微生物经基因改造后，能够在电生物反应器(electro-bioreactor)中利用二氧化碳作为唯一的碳源和电能作为唯一的能量输入来生产异丁醇和3-甲基-1-丁醇。

光合作用是将一种光能转化为化学能并把它存储在糖的化学键中的过程。光合作用可以分为两个部分---光反应和暗反应。光反应将光能转化为化学能，而且必须在光存在下才能发生。暗反应将二氧化碳转化为糖，无需光的存在就可直接发生。

“我们不需生物光合作用就能够把光反应和暗反应分开。我们利用太阳电池板把太阳光转化为电能，然后把电能转化到一种化学中间体，并利用这种中间体驱动二氧化碳固定来产生液态燃料”，Liao说，“这种方法应该要比生物系统的光合作用更加有效率。”

理论上讲，太阳能发电产生的氢气能够驱动人工改造的无机自养型微生物固定二氧化碳从而合成高能量密度的液态燃料。然而氢气溶解度低、传质率(mass-transfer rate)低而且还存在安全问题，从而限制这些过程的效率和可放大性。相反地，Liao领导的研究小组发现甲酸是一种良好的替代物，也是一种高效率的能量载体。

在这项研究中，Liao和他的研究小组利用甲酸作为化学中间体。他们利用太阳能发电产生甲酸，然后利用甲酸来驱动细菌在黑暗中固定二氧化碳，从而产生异丁醇和更高级的醇。

电化学甲酸生产、生物二氧化碳固定和高级醇合成如今有可能能够让人们利用电能驱动二氧化碳生物转化为不同种类的化学物。此外，将甲酸转化为液态燃料也将在生物质精制过程(biomass refinery process)中发挥着比较重要的作用。