论文标题：Flow-Electrode Microbial Electrosynthesis for Increasing Production Rates and Lowering Energy Consumption

期刊：Engineering

作者：Na Chu, Donglin Wang, Houfeng Wang, Qinjun Liang, Jiali Chang, Yu Gao, Yong Jiang, Raymond Jianxiong Zeng

发表时间： June 2023

DOI：https://doi.org/10.1016/j.eng.2021.09.015

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快速城市化和人口增长对环境产生颇多负面影响，包括温室气体排放。发展碳捕集与封存技术可降低二氧化碳（CO₂）排放，但受限于其成本高或CO2自身价值低。因此，为向低碳循环经济过渡，发展与CO₂利用相关的热化学、电化学、生物电化学方法，受到极大关注。微生物电合成（microbial electrosynthesis，MES）利用可再生电力驱动微生物固定CO₂合成化学品，在推进碳循环经济中具有一定潜力。但是，很少有文章通过高效反应器设计来促进产乙酸并降低能耗。

福建农林大学蒋永研究团队在中国工程院院刊《Engineering》2023年6月刊发表了题目为《流动电极微生物电合成提高产物生成速率及降低能量消耗》的研究性文章，构建了一种基于流动电极的新型MES反应器，以提高产物生成速率，降低能量消耗。文章从产物生成、库仑效率、能量回收、电化学特征等角度，对流动电极MES反应器与无粉末活性炭（powder activated carbon，PAC）对照的性能进行评估。此外，使用宏转录组学技术，解析电极驱动自养微生物的碳能代谢途径。最后，构建堆叠型流动电极MES反应器。

文章表明，流动电极MES反应器中，总产乙酸速率为（16 ± 1）g·m⁻²·d⁻¹，能量消耗为（0.020 ± 0.005）kW·h·g⁻¹，能量效率为18.7% ± 1.3%，乙酸库仑效率以及总库仑效率依次为43.5% ± 3.1%和50.8% ± 8.4%。流动电极能够降低水跨膜通量、传质阻力，但对装置电压、流变性、乙酸吸附的影响较小。

文章指出，Acetobacterium和Wolinella是优势微生物，还原性乙酰辅酶A途径（Wood-Ljungdahl pathway，WLP）和还原性三羧酸循环途径（reductivecitric acid cycle, rTCA）是CO₂固定途径。流动电极能促进能量代谢相关基因高表达。堆叠型MES反应器的乙酸浓度达到了7.0 g·L⁻¹。总之，文章提供一种构建可扩展MES反应器的新方法，促进CO₂利用以及产物生成，未来可围绕流动电极MES反应器的产物增值开展研究。

引用信息：Na Chu, Donglin Wang, Houfeng Wang, Qinjun Liang, Jiali Chang, Yu Gao, Yong Jiang, Raymond Jianxiong Zeng. Flow-Electrode Microbial Electrosynthesis for Increasing Production Rates and Lowering Energy Consumption [J]. Engineering, 2023, 25(6): 157-167.

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原文链接：https://doi.org/10.1016/j.eng.2021.09.015

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