以电为食的细菌会成为绿色燃料的下一个大事件吗?

编者按:本文经批准转载Txchnologist，一本追踪科技创新的数字杂志。

如今，可再生能源项目产生的清洁电力越来越多，数量也越来越多。光伏板产生直流电，太阳能集中器利用阳光驱动蒸汽涡轮机。发电量达兆瓦的风力涡轮机在许多国家随处可见。其他项目则希望通过潮汐来点亮社区，运行的河流甚至地球热．

制造电流对家庭、企业甚至机动车辆来说都很好，但当涉及到飞行飞机或大型船舶上的螺丝时，储存替代能源产生的电力的电池还不能提供所需的电力。这就是为什么这些大型机器仍然需要柴油、航空燃料和燃料油等可燃性液体，这些液体将大量能量打包成小容量来驱动引擎。

对于这些和其他高功率应用来说，可再生能源需要增强其活力。最好的方法是将太阳能集中起来，例如，制造一台机器，将其直接转化为燃料。一个多世纪以来，我们一直在使用一种从地下冒出来的石油产品，这是生活在亿万年前的富含碳氢化合物的有机物的残留物。形成我们化石燃料的远古生物是阳光的浓缩蒸馏物。

乙醇的问题

但现在，人类正在寻找替代化石燃料的方法，科学家们需要以可再生的方式重新创造将能源混合成可燃液体的过程。研究人员正在采取的一种方法是通过微生物的新陈代谢来生产生物燃料。这听起来可能有些牵强，但酵母和细菌已经被用来制造乙醇几个世纪了。乙醇是酒精饮料中令人兴奋的成分，也是易燃的，可以用作电源。

为了制造生物燃料，经过基因改造的细菌可以更有效地制造特定的可燃化合物，它们被喂食以植物为基础的复杂碳水化合物或单糖。它们从这些植物分子的代谢中获取碳原子和能量，并将它们转化为可再生燃料。

但有一个基本问题。植物生物量直接转化为燃料可以提供驱动发动机所需的动力，但这一过程需要大量的土地来种植原料，在这种情况下以玉米为原料的燃料直接与作物作为食物的用途相竞争。此外，光合作用是一个低效的过程——事实上，典型的植物能将入射的阳光转化为储存在生物量中的化学能的数量不会超过2%或3%。

而且，如果减少进入大气的二氧化碳量以减缓气候变化是目标，那么传统的生物燃料还没有实现。如果需要砍伐森林来种植燃料的生物质原料，或者如果需要使用化肥来种植生物质，那么这个过程就不是碳中和的，也就是说CO的数量₂燃烧生物燃料释放的量与植物生长过程中吸收的量相等。

从小事着眼

但是，如果有一种方法可以直接从太阳能、风能和流动的水中制造生物燃料，而不需要种植植物来获取营养呢?如果这个过程直接从大气中的CO中获得碳基燃料的碳呢₂？

“当用细菌制造生物燃料时，问题是，我们是否能比植物更好地收集太阳能?”哥伦比亚大学化学工程师斯科特·班塔告诉Txchnologist。“我们需要利用来自太阳的实时能量和来自空气的实时碳，并将其直接转化为汽油。”

班塔的实验室是在这方面取得进展的几个实验室之一，他的团队最近获得了成功第二轮融资美国能源部的高级研究机构在培育利用电能生产生物燃料的细菌方面取得了初步成功。如果成功，这项被称为电燃料的技术可能意味着从太阳能电池板和风力涡轮机中泵出液体燃料。美国能源部表示，电动燃料生产的效率有可能比生物燃料生产的效率高出10倍。

该团队与哥伦比亚大学的实验室合作电化学工程师艾伦·韦斯特他使用的是矿井中自然发现的一种细菌。生物,Acidithiobacillus ferrooxidans它将铁氧化为唯一的能量来源，并吸收大气中的CO₂因为它需要碳。它已经被使用了在矿业中从矿石中提取金属。

答:ferrooxidans是在含铁的生物反应器中生长的。注入系统的电流减少了铁，所以细菌可以氧化铁来获取电子。班塔的团队一直在改进一个由其他人开始使用电子和大气CO的过程₂来培养细菌细胞。

“其他人已经明白了这一点，”他说。“我们的重大突破是，我们对这种细菌进行了基因改造，从而生产出两种不同的化学燃料，可以混合到柴油中。现在，我们可以用电和空气来制造燃料，而不仅仅是用电和空气来制造电池。”

他说，尽管该系统的效率很低，但到目前为止他们取得的结果是有希望的。研究人员将利用新一轮的资金来提高生物反应器系统的效率，并完成对细菌的代谢工程，以推动它生产更多的燃料。

他说:“科学已经在这个过程中得到了证明，现在将其扩大到规模是一个工程问题。”“我们乐观。我们认为这是未来的一种能源。”

皮氏培养皿顶部图像奥利维尔•勒Queinec通过上面。