二氧化碳摇身变塑料！研究人员结合催化化学与生物技术实现双赢
二氧化碳是气候变化的主要驱动因素之，—这意味着我们未来需要减少 CO 2排放。Fraunhofer 研究人员强调了一种降低这些排放的可能方法：他们使用温室气体作为原材料，例如生产塑料。为此，他们首先从 CO 2生产甲醇和甲酸，然后通过微生物将其转化为聚合物等的构建块。
随着化石原料的燃烧，CO 2被释放到空气中。到目前为止，地球大气中的 CO 2浓度已经上升到百万分之 400 (ppm) 左右，相当于 0.04%。相比之下：直到 19 世纪中叶，这个值仍然在 280 ppm 的范围内。二氧化碳含量的增加对气候有重大影响。自 2021 年 1 月 1 日起，化石燃料燃烧产生的CO 2排放因此受制于碳定价——这意味着制造公司必须为其 CO 2排放付费。因此，大量公司正在寻找新的解决方案。与 CO 2相关的成本如何降低排放价格？如何通过生物智能过程减少CO 2排放？
催化化学与生物技术——双赢组合
研究人员目前正在弗劳恩霍夫界面工程和生物技术研究所 IGB 的 EVOBIO 和 ShaPID 项目中开发解决此问题的方法。他们正在与几个弗劳恩霍夫研究所合作开展这两个项目。我们使用 CO 2作为原材料，弗劳恩霍夫 IGB 高级科学家生物催化剂 Jonathan Fabarius 博士说，我们正在寻求两种方法：首先，多相化学催化，我们用催化剂将 CO 2转化为甲醇。其次，电化学，我们从 CO 2生产甲酸。 然而，独特之处不在于这种 CO 2- 仅基于甲醇和甲酸生产，但与生物技术相结合，更具体地说与微生物发酵相结合。更简单地说：研究人员首先利用对气候有害的废品CO 2来生产甲醇和甲酸。反过来，他们使用这些化合物来“喂养”微生物，从而从中产生更多的产品。这种产品的一个例子是有机酸，它被用作聚合物的构建块——一种生产基于CO 2的塑料的方法。该方法还可用于生产氨基酸，例如作为食品补充剂或动物饲料。
这种新颖的方法提供了许多优点。我们可以创造全新的产品，还可以改善传统产品的 CO 2足迹，Fabarius 指出。虽然传统的化学过程需要大量能源，有时还需要使用有毒溶剂，但可以在更温和、更节能的条件下用微生物生产产品——毕竟，微生物在更环保的水溶液中生长。
代谢工程使之成为可能
研究小组使用天然甲基营养细菌，即那些自然代谢甲醇的细菌，以及实际上不能代谢甲醇的酵母。研究人员还不断关注是否发现了新的有趣生物，并检查它们是否适合作为“细胞工厂”。但是这些微生物实际上是如何制造产品的呢？我们如何影响他们生产的产品？原则上，我们使用微生物的新陈代谢来控制产品制造，Fabarius 解释说。为此，我们将基因引入微生物中，为某些酶提供蓝图。这也称为代谢工程。 随后在微生物中产生的酶依次催化特定产物的产生。相比之下，研究人员专门关闭了可能对这种生产产生负面影响的基因。通过改变引入的基因，我们可以生产范围广泛的产品，Fabarius 说。
研究团队正在研究整个生产链：从微生物开始，然后是基因修饰和生产升级。虽然一些制造过程仍处于实验室阶段，但其他产品已经在容量为 10 升的生物反应器中生产。对于此类工艺的工业应用，Fabarius 预计将在中长期内实施。他说，十年是一个现实的时间范围。然而，工业建立新工艺的压力正在增加。