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　　生活污水和工業廢水中的有機化合物是豐富的能源、生物塑料甚至動物飼料蛋白質的潛在來源，但由于沒有有效的提取方法，處理廠將它們作為污染物丟棄。

　　現在，研究人員已經找到了一種環保、經濟的解決方案。發表在《能源前沿研究》(Frontiers in Energy Research)，他們的研究是第一個顯示紫色光合細菌——可以從光儲存能量——當被提供電流時可以恢復到接近來自任何類型的有機廢物的100％的碳，同時可以產生氫氣用于發電。

　　西班牙胡安卡洛斯國王大學(King Juan Carlos University)的丹尼爾·普約爾(Daniel Puyol)博士說，目前污水處理廠最重要的問題之一是高碳排放。我們基于光的生物精煉廠工藝可以提供一種從廢水中獲取綠色能源的方法，而且碳足跡為零。

目前污水處理廠最重要的問題之一是高碳排放，基于光的生物精煉廠工藝可以提供一種從廢水中獲取綠色能源的方法，而且碳足跡為零。

　　紫色光合細菌

　　說到光合作用，“綠色廢棄物”成了人們關注的焦點。

　　但當葉綠素從秋天的樹葉中撤退時，它留下了黃色、橙色和紅色的表親。事實上，光合色素有各種顏色——存在于各種生物中。

　　它們利用各種各樣的色素從陽光中獲取能量，這些色素使它們變成橙色、紅色或棕色——以及紫色。但是，讓科學家們如此感興趣的是它們新陳代謝的多樣性，而不是它們的顏色。

　　紫色光合細菌是從有機廢物中回收資源的理想工具，因為它們的代謝高度多樣化，普約爾解釋說。細菌可以利用有機分子和氮氣——而不是二氧化碳和水——來提供碳、電子和氮進行光合作用。

　　這意味著它們的生長速度快于其他光合細菌和藻類，并且可以產生氫氣、蛋白質或一種可降解的聚酯，作為新陳代謝的副產品。

當葉綠素從秋天的樹葉中撤退時，它留下了黃色、橙色和紅色的表親。(圖片來自于網絡)

　　用電流調節代謝輸出

　　哪些代謝產物占主導地位取決于細菌的環境條件——比如光照強度、溫度，以及可用的有機物和營養物質的類型。

　　來自西班牙Alcala大學的亞伯拉罕·埃斯特維-努涅斯(Abraham Esteve-Nunez)教授說，我們的研究小組根據有機廢物來源和市場需求，操縱這些條件來調整紫色細菌的代謝以適應不同的應用。但是我們的方法的獨特之處在于使用外部電流來優化紫色細菌的產量。

　　這個被稱為生物電化學系統的概念之所以有效，是因為紫色細菌不同的代謝途徑是由一個共同的介質連接起來的：電子。

　　例如，獲取光能需要電子供應，而將氮轉化為氨會釋放多余的電子，而這些電子必須被耗散。通過優化細菌內部的電子流動，電流——通過正極和負極提供，就像電池一樣——可以劃分這些過程并最大限度地提高合成速率。

在生物電化學(紅線)和控制電化學操作(藍線)期間的不同時間間隔的循環伏安圖。(圖片來自www.frontiersin.org)

　　最大的生物能量，最小的碳足跡

　　在他們最新的研究中，研究小組分析了紫色光合細菌混合生產氫的最佳條件。他們還測試了負電流(即生長介質中金屬電極提供的電子)對細菌代謝行為的影響。

　　他們的第一個關鍵發現是，喂養最高產氫率的營養混合物也會將二氧化碳的產量降至最低。

　　Esteve-Nunez報道說，這表明紫色細菌可以用廢水中常見的有機物——蘋果酸和谷氨酸鈉——回收有價值的生物燃料，而且碳足跡很低。

　　更引人注目的是使用電極的結果，首次證明紫色細菌能夠利用負極或負極的電子通過光合作用捕獲二氧化碳。來自我們的生物電化學系統的記錄顯示紫色細菌和電極之間有明顯的相互作用：電極的負極化導致可檢測到的電子消耗，與減少二氧化碳的產生有關。這表明紫色細菌利用陰極上的電子通過光合作用從有機化合物中捕獲更多的碳，所以釋放出的二氧化碳更少。

　　用于制氫的生物電化學系統

　　根據作者的說法，這是首次報道在生物電化學系統中使用混合培養的紫色細菌，也首次證明了由于與陰極相互作用而引起的光營養體代謝變化。

　　捕獲紫色細菌產生的多余的二氧化碳不僅有助于減少碳排放，而且有助于從有機廢物中提煉沼氣作為燃料。

　　然而，普約爾承認，這兩家公司的真正目標還遠未實現。這項研究最初的目標之一是通過從陰極向紫色細菌代謝提供電子來增加生物氫的產生。然而，PPB細菌似乎更喜歡用這些電子來固定二氧化碳，而不是制造H₂。“我們最近獲得了資金，可以進一步研究以實現這一目標，并將在今后幾年內為此工作。”

　　論文原文：https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fenrg.2018.00107/full

　　（原文來自：每日生物燃料 新能源網綜合）