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：这篇报道是在获得TXC技术专家，一本关注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，运行的河流甚至地热.

创造电流对家庭、企业甚至机动车都是有益的，但当涉及到驾驶飞机或在大型船舶上转动螺丝时，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可燃液体，如柴油、航空燃料和船用油，这些液体将大量能量压缩成小体积，以驱动发动机。

对于这些和其他高功率应用，可再生能源需要提高其吸引力。例如，最好的方法是将阳光的能量集中到一台机器上，直接将其转化为燃料。一个多世纪以来，我们一直在使用一种从地下以石油产品的形式出现的形式，这种石油产品是生活在亿万年前的富含碳氢化合物的有机物质残留物。构成我们化石燃料的古生物是太阳光的浓缩馏出物。

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，对细菌进行基因改造以更有效地制造特定的可燃化合物，这些细菌被喂入植物基复合碳水化合物或单糖。它们从代谢这些植物分子中获取碳原子和能量，并将其转化为可再生燃料。

不过，有一个根本性的问题。这种将植物生物质直接转化为燃料的方法可以提供驱动发动机所需的动力，但这一过程需要大量土地来种植原料，如果是以玉米为原料的燃料，直接与作物作为食物的用途竞争。此外，光合作用是一个低效的过程——事实上，典型植物能转化为储存在生物质中的化学能的入射光能量不会超过2%或3%。

而且，如果目标是减少进入大气的二氧化碳量以减缓气候变化，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，或者如果需要使用肥料来生长生物质，那么这个过程不是碳中性的，这意味着CO的数量。_2.燃烧生物燃料释放的量等于植物生长时吸收的量。

以小为大

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TXC技术专家。“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从能源部的高级研究部门，在看到最初成功培育出利用电力生产食品的生物燃料细菌之后。如果可行，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抽取液体燃料。能源部表示，电燃料生产的效率可能是生物燃料生产效率的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,氧化亚铁硫杆菌，氧化铁作为其唯一的能源，并吸入大气中的一氧化碳_2.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。

A.氧化亚铁生长在含铁的生物反应器中。输入系统的电能减少铁，因此细菌可以氧化铁以获取电子。班塔的团队一直在完善一个由其他人启动的利用电子和大气CO的过程_2.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，我们对细菌进行了基因改造，生产出两种不同的燃料化学物质，可以混合到柴油中。现在，我们不只是用电和空气制造电池，有望用电和空气制造燃料。”

他说，他们迄今为止取得的成果是有希望的，尽管该系统的效率很低。研究人员将利用新一轮资金使生物反应器系统更加高效，并完成对细菌的代谢工程，以推动其生产更多的燃料。

他说：“科学已经在这个过程中得到了证明，现在这是一个工程问题，要使它达到规模。”。“我们很乐观。我们认为这是未来的能源。”

用光学显微镜观察皮氏培养皿的顶部图像奥利维尔·勒奎内克通过上面。