Illustration du processus d'électrosynthèse microbienne par lequel les microbes vivants transforment le dioxyde de carbone en produits chimiques utiles dans une cellule électrochimique via une réaction de réduction sous tension appliquée. Crédit :2022 KAUST; Heno Hwang
Les membranes conductrices microporeuses développées au KAUST devraient contribuer à façonner l'avenir de l'électrosynthèse microbienne pour le CO2 technologies de transformation. Les membranes stimulent simultanément la croissance du CO2 -manger des microbes et faciliter la séparation des produits biochimiques.
L'électrosynthèse microbienne est une stratégie prometteuse pour réduire l'empreinte carbone humaine. Il utilise des microbes vivants spécifiques pour transformer le CO2 en produits chimiques utiles dans une cellule électrochimique via une réaction de réduction sous tension appliquée. Avec la réduction du CO2 , les microbes se multiplient pour former un biofilm sur la cathode de la cellule, mais leur croissance implique un fastidieux processus d'enrichissement en plusieurs étapes qui prend plus de 30 jours.
Ce processus d'enrichissement est un goulot d'étranglement majeur pour parvenir à une production biochimique et au CO2 attrayants sur le plan industriel. bioconversion. Les techniques complexes et énergivores déployées pour isoler les produits, qui sont principalement constitués d'acétate, constituent un autre fardeau.
L'auteur principal Bin Bian, postdoc dans le groupe de Pascal Saikaly, et ses collègues avaient auparavant utilisé des bioréacteurs électrochimiques équipés de membranes conductrices à fibres creuses pour traiter les eaux usées. Ce faisant, ils ont découvert un biofilm épais formé sur les membranes à fibres creuses après microfiltration. "Cela suggère qu'un processus d'enrichissement similaire pour le CO2 -manger des biofilms pourrait être réalisé dans les systèmes d'électrosynthèse microbienne", déclare Bian.
Inspirés par cette découverte, les chercheurs ont conçu des membranes à fibres creuses en céramique recouvertes de métal pour fabriquer des cathodes conductrices qui accélèrent la croissance microbienne tout en facilitant la séparation de l'acétate. Le revêtement était constitué de nanoparticules de nickel uniformément réparties qui catalysent l'électrolyse de l'eau en hydrogène, un médiateur clé dans le transfert d'électrons entre la membrane et les microbes.
Les chercheurs ont évalué les performances de leur cathode membranaire en milieu abiotique et en présence de boues. Ils ont constaté que, dans les deux cas, la production d'hydrogène catalysée par le nickel était essentielle pour stimuler la croissance microbienne et le CO2 transformation en acétate. "De plus, les fibres creuses servaient de CO2 - canaux de livraison aux microbes adsorbés sur leur surface et par conséquent amélioré l'efficacité du CO2 réduction », déclare Bian.
Les systèmes d'électrosynthèse microbienne utilisant les cathodes à fibres creuses recouvertes de nickel ont obtenu un CO2 stable bioconversion en un mois. "Cela a dépassé nos attentes", déclare Bian, notant que les systèmes précédents nécessitaient au moins trois mois pour atteindre un fonctionnement stable. "Il s'agit d'un aspect important pour la future mise à l'échelle", explique-t-il.
Tout en travaillant sur l'amélioration des performances, l'équipe augmente désormais le volume du réacteur et la capacité de traitement de son système d'électrosynthèse microbienne. Ils étudient également des moyens d'intégrer leur système à la technologie d'allongement de chaîne pour étendre la bioconversion à des produits biochimiques à valeur ajoutée autres que l'acétate et le méthane.
La recherche a été publiée dans Chemical Engineering Journal . Des microbes utiles inhalent du dioxyde de carbone à travers une électrode cylindrique poreuse et dégagent des produits chimiques utiles
