政府间气候变化专门委员会(IPCC)本月初发布的报告为人类敲响了 "红色警钟"。在这样一个关键时刻,我们应该借鉴所有可能的解决方案来应对全球变暖。


大约四分之一的温室气体排放与我们使用的产品的制造有关。虽然存在少量二氧化碳的商业用途——例如在饮料和化学工业中——但当前的需求不足以实现有意义的二氧化碳减排。

二氧化碳变日化品?利用微生物发酵可以将二氧化碳回收到日常产品中

因此,我们需要寻找新的方法将工业制造从二氧化碳来源转变为二氧化碳使用者。


好消息是塑料、化学品、化妆品和许多其他产品都需要碳源。如果我们能用二氧化碳代替化石碳氢化合物来生产它们,我们每年就能封存数十亿吨温室气体。


你可能会问怎么办?好吧,生物学已经有了解决方案。


气体发酵


您可能听说过微生物或微生物——我们用它们来制作啤酒、烈酒和面包。但我们也可以使用它们来制造乙醇等生物燃料。


他们通常需要糖作为输入,这与人类的食物消费竞争。然而,还有其他被称为“产乙酸菌”的微生物可以使用二氧化碳作为其输入来制造包括乙醇在内的多种化学物质。


醋酸菌被认为是地球上最早的生命形式之一。古代地球的大气与今天的大气大不相同——没有氧气,但有大量的二氧化碳。


醋酸菌能够在称为气体发酵的过程中使用氢等化学能源回收这种碳。今天,在许多厌氧环境中都发现了产乙酸菌,例如动物的肠道。


不能使用氧气会使产乙酸菌在构建生物质方面的效率降低;他们是缓慢的种植者。但有趣的是,这使他们成为更有效率的生产者。


例如,典型粮食作物的能源效率(将阳光转化为产品)可能在 1% 左右。另一方面,如果太阳能用于提供可再生氢气用于气体发酵(通过产乙酸),该过程的整体能源效率将接近 10% 至 15%。


这意味着产乙酸菌的效率可能是当前大多数工业流程的两倍——这使它们成为更便宜、更环保的选择。也就是说,如果我们可以将技术推向规模。

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可持续碳循环


在中国、美国和欧洲,气体发酵正在扩大规模。工业排放的一氧化碳和氢气被回收成乙醇,从 2022 年开始商业生产航空燃料,从 2024年开始生产塑料瓶,甚至聚酯服装。


将来,这可以扩展到生产制造橡胶、塑料、油漆和化妆品所需的化学品。


但是,气体发酵目前并未在商业上使用二氧化碳进行,尽管二氧化碳是比一氧化碳大得多的排放源。这部分是因为它带来了工程和生物工程挑战,但也因为它很昂贵。


我们最近在Water Research上发表了一项经济评估,以帮助绘制一条通向广泛的乙酸原 - 二氧化碳循环利用的途径。


我们在生产某些产品时发现了经济障碍,但不是全部。例如,今天使用二氧化碳-产乙酸菌发酵来生产制造有机玻璃所需的化学品是可行的。


但与当前的商业运营不同,这将通过可再生氢生产实现。增加绿色氢气的可用性将大大增加我们可以用气体发酵做的事情。


展望未来


澳大利亚具有竞争优势,可以成为这项技术的领导者。作为世界上最大的绿色氢项目的东道主,我们有能力生产低成本的可再生氢。


未充分利用的可再生废物流也可以通过产乙酸实现碳循环。例如,废水处理厂和垃圾填埋场会产生大量沼气。目前,它要么作为废物燃烧,要么产生热量和电力。


过去的研究表明,我们可以在碳中和过程中将沼气转化(或“重整”)为可再生的氢和碳。


我们发现这种碳和氢可以用于气体发酵来制造碳中性产品。与仅燃烧沼气以产生热量和电力相比,这将提供多达12 倍的价值。


IPCC 报告显示需要去除二氧化碳才能将全球变暖限制在 2℃ 以下。


碳捕获和封存是大多数政府的议程。但是,如果我们改变思维方式,将碳视为废物,那么我们就可以将我们的经济激励措施从碳处理转变为碳再利用。


储存在地下的二氧化碳没有价值。如果我们通过使用它来制造产品来充分利用它的潜力,这可以支持无数行业转向可持续生产。


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