Некоторые виды бактерий производят спирт с помощью электричества. Попытки коммерциализировать этот процесс предпринимались, но его биологические основы оставались неясными. Немецкие исследователи впервые экспериментально доказали, что бактерии используют водород, образующийся при электролизе воды, для синтеза органических веществ.
В ходе микробного электросинтеза (МЭС)Микроорганизмы под воздействием электричества связывают углекислый газ, преобразуя его в спирты и органические кислоты. Эта технология, позволяющая перерабатывать атмосферный углекислый газ в топливо, известна более десяти лет. Неизвестность биологической стороны процесса затрудняла его коммерциализацию.
Группа исследователей из немецких научных центров добилась прорыва в изучении передачи бактериями электронов. Учёные доказали механизм переноса электронов от тока и уточнили спектр получаемых органических веществ, а также оптимизировали процесс для максимальной производительности. Результаты исследования… опубликованы в журнале Green Chemistry.
Во время МЭС электроэнергия и углекислый газ поступают в питательный раствор с бактериями, и некоторое время ученые думали, что для связывания газа микроорганизмы улавливают электроны напрямую. Однако при подаче электричества в водный раствор происходит еще один процесс — электролизРазделение молекул воды на водород и кислород.
Чтобы исследовать влияние содержания водорода на электросинтез, учёные настроили лабораторные биореакторы, регистрируя все параметры раствора в ходе МЭС. Так удалось подтвердить: при большей доступности водорода для бактерий Clostridium ljungdahliiЧем больше веществ содержалось в смеси, тем больше бактерий могло синтезировать в единицу времени. При недостатке водорода (например, при слабом токе для электролиза воды) интенсивность электросинтеза резко падала.
Ученые повысив напряжение и концентрацию бактерий в растворе, увеличили объем получаемого полезного продукта электросинтеза. ацетата, а также обнаружить в растворе аминосоединенияПолучали методом МЭС ранее недоступные аминокислоты. глицине и первичном спирте этаноламинеНовые соединения, полученные с использованием этих бактерий, ценнее этанола или ацетата. Аминосоединения востребованы в химической промышленности, поэтому данное открытие может способствовать коммерческому успеху технологии МЭС.