2022年08月11日 星期四
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新型储氢生物电池

2022/5/27 17:30:441576

据国外媒体报道:德国歌德大学的一个微生物学小组在细菌的帮助下,成功地以可控的方式储存和释放氢气。这是寻找碳中性能源保护气候的重要一步。相关论文现已发表在著名期刊《焦耳》上。

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为应对气候变化,寻找碳中性能源变得越来越迫切。绿氢是希望之一,它是在风能或太阳能等可再生能源的帮助下从水中获得的。然而,运输和储存这种易爆炸性气体非常困难,世界各地的研究人员正在寻找化学和生物解决方案。来自歌德大学的一个微生物学小组在细菌中发现了一种酶,这种酶生活在没有空气的环境中,可以将氢直接与二氧化碳结合,从而产生甲酸。这个过程是完全可逆的,可以用于储氢。

在深海中发现的乙酸细菌以二氧化碳为食,它们在氢气的帮助下将二氧化碳代谢成甲酸。然而,通常情况下,甲酸只是它们新陈代谢的中间产物,它会被进一步消化成醋和乙醇。然而,以Volker Müller教授为首的团队对细菌进行了改造,使得这一过程不但会在产生甲酸后停止反应,而且可逆。该基本原理已于2013年申请专利。

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可能的细菌储氢模型:白天,在太阳能系统的帮助下发电,然后电解水制氢。通过这种方式产生的氢在细菌的作用下与二氧化碳结合,从而形成甲酸。该反应是自由可逆的,反应的方向仅受起始物质和终产物质浓度的控制。夜间,生物反应器中氢浓度下降,在细菌的作用下氢开始从甲酸中被释放出来。释放出来的氢可以用作能源。 

该技术中二氧化碳和甲酸之间可逆的转换速率是在有相关报道以来最高的,比其他生物或化学催化剂的催化速率高很多倍。与化学催化剂不同,这种细菌不需要稀有金属或高温高压等极端条件来进行反应,而是在30℃且常压下进行反应。该小组在上述细菌的帮助下开发了一种用于氢存储的生物电池。

论文链接:Fabian M. Schwarz, Florian Oswald, Jimyung Moon, Volker Müller: Biological hydrogen storage and release through multiple cycles of bi-directional hydrogenation of CO2 to formic acid in a single process unit. Joule (2022) https://doi.org/10.1016/j.joule.2022.04.020