近日，乐鱼(中国)资源与环境学院曾建雄教授团队在Environmental Science & Technology《环境科学与技术》发表了题为“Tandem Acidic CO2 Electrolysis Coupled with Syngas Fermentation: A Two-Stage Process for Producing Medium-Chain Fatty Acids”（串联二氧化碳电解和合成气发酵：一种两步法生产中链脂肪酸）的研究论文。该研究成功证明了以二氧化碳为原料，串联酸性条件二氧化碳电解与合成气发酵生产中链脂肪酸的方法。
过度的化石燃料消耗向大气释放了过量的二氧化碳，对气候变化起到了重要影响，因此，探索可再生能源作为化石燃料的替代品对可持续发展至关重要。该研究提出了一种串联二氧化碳电解与发酵的混合工艺，通过电催化剂提高二氧化碳的还原效率，利用微生物提高产物的价值，以实现可再生能源生产有价值的工业化学品。但该混合工艺可能存在两个重大挑战，首先，合成气成分在混合培养发酵中的关键作用，特别是关于链延长部分，仍然没有被充分了解。其次，缺乏从酸性二氧化碳电解产生成分可调合成气的有效方法。
该研究首先探究合成气组成对混合发酵生产中链脂肪酸（MCFAs）的影响。研究结果表明，CO可以作为MCFAs生产的唯一能源，也可以作为电子供体（与乙酸共培养），且高浓度CO能促进MCFAs产生。随后，将气体扩散电极（GDE）的结构工程与操作参数优化相结合，对酸性CO2电解过程中的合成气成分进行调整。研究结果表明，单独使用碳黑或与石墨结合都能稳定生产可调成分的合成气，碳黑层可显著提高CO选择性。电化学和结构表征表明其潜在机理归因于碳黑促进了K+的积累且稳定了催化活性中心。这项研究有助于促进可持续二氧化碳减排和化学品生产的混合技术的发展。
酸性条件二氧化碳电解串联合成气发酵工艺示意图
乐鱼(中国)资源与环境学院为第一完成单位，乐鱼(中国)资源与环境学院硕士研究生蒲颖为该论文第一作者，乐鱼(中国)资源与环境学院蒋永副教授为该论文通讯作者。该研究得到国家自然科学基金、中国科学院环境与应用微生物重点实验室暨环境微生物四川省重点实验室开放课题等项目的支持。
原文链接：https://doi.org/10.1021/acs.est.3c09291