紫菌电池将污水转化为清洁能源

你今天冲了马桶上的贵重物品。生活污水和工业废水中的有机化合物是丰富的动物饲料、生物塑料甚至蛋白质的潜在能源——但由于没有有效的提取方法，处理厂将其作为污染物丢弃。现在，研究人员已经找到了一种环保且经济的解决方案。发表在《能源研究前沿》上，他们的研究首次表明，能够储存光能的支持紫外线的细菌可以从任何类型的有机废物中回收近100%的碳，并在供电时产生氢气用于发电。“目前，污水处理厂最重要的问题之一是高碳排放，”合著者、西班牙国王胡安卡洛斯大学的丹尼尔普约尔博士说。“我们的光基生物精炼工艺可以提供一种从废水中获得绿色能源的方法，而且碳足迹为零。”

紫色光合细菌

在光合作用方面，绿毛猪成为关注的焦点。但是当叶绿素从秋叶上消退时，它会留下黄色、橙色和红色的表亲。事实上，光合色素有各种各样的颜色，也有各种各样的生物。提示紫色光养菌。他们使用各种颜料从阳光中获取能量。这些色素会变成橙色、红色或棕色和紫色。但是它们新陈代谢的多样性，而不是它们的颜色，使它们对科学家来说非常有趣。普约尔解释说：“紫色光养细菌由于其高度多样化的代谢，已经成为回收有机废物资源的理想工具。细菌可以用有机分子和氮代替二氧化碳和H2O，为光合作用提供碳、电子和氮。这意味着它们比替代的光养细菌和藻类生长得更快，并能产生氢气、蛋白质或可生物降解的聚酯作为代谢副产品。

用电调节代谢产物。

哪种代谢物占主导地位取决于细菌的环境条件——如光照强度、温度以及可利用的有机物和营养类型。西班牙阿尔卡拉大学的Abraham Esteve-Nez教授说：“我们小组根据有机废物的来源和市场需求对这些条件进行了操纵，并根据不同的应用对紫色细菌的代谢进行了调整。”“但我们的方法是独特的，它使用外部电流来优化紫色细菌的生产力。”这个概念被称为“生物电化学系统”，因为紫色细菌中的许多代谢途径通过一种共同的货币工作：电子连接。例如，需要电子供给来捕获光能，将氮转化为氨会释放多余的电子，这些电子必须耗散掉。通过优化细菌中的电子流，正电极和负电极(如电池)提供的电流可以限制这些过程并最大化合成速率。

最大的生物燃料，最小的碳足迹

在他们的最新研究中，该团队分析了通过紫色发光细菌物种的混合物最大化制氢的最佳条件。他们还测试了负电流——即生长介质中金属电极提供的电子——对细菌代谢行为的影响。他们的第一个关键发现，饲料中氢气产量最高的营养混合物也最大限度地减少了二氧化碳的产生。esteve-Nez说，“这表明紫色细菌可以用来从低碳足迹的废水中的普通有机物中回收有价值的生物燃料——苹果酸和谷氨酸钠。”更引人注目的是使用电极的结果，这第一次证明了紫色细菌可以利用负极或“阴极”的电子，通过光合作用捕获CO2。“来自我们生物电化学系统的记录显示，紫色细菌和电极之间存在明显的相互作用：电极的负极化导致可检测的电子消耗，这与二氧化碳产生的减少有关。这表明紫色细菌利用阴极的电子通过光合作用从有机化合物中捕获更多的碳，因此释放的CO2更少。

走向生物电化学制氢系统

作者说，这是第一次报道在生物电化学系统中使用紫色细菌的混合培养物——这是首次证明与阴极相互作用引起的任何光生物转化代谢。捕获紫色细菌产生的过量二氧化碳不仅可以减少碳排放，还可以从有机废物中提取沼气作为燃料。然而，普约尔承认，这个团体的真正目标在于未来。“这项研究的最初目标之一是通过从阴极向紫色细菌代谢提供电子来增加生物氢的产生。然而，似乎PPB细菌更喜欢使用这些电子来固定二氧化碳，而不是产生H2。”我们最近获得了进一步研究的资金，以实现这一目标，并将在未来几年继续努力。请继续关注更多的代谢调整。"

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