Trends in Biotechnology: 从生物质和二氧化碳中生产生物烷烃

雨辰

2021-01-18

生物电化学技术，例如电发酵和微生物CO₂的电合成，是新兴的跨学科技术，可以生产可再生燃料和化学物质（例如羧酸）。电力驱动的生物过程的好处包括提高产量、选择性和碳转化效率。然而，产物的积累可能导致生物催化剂的抑制，需要进一步努力分离产物。一种新发现的光脱羧酶为从羧酸生产生物烷烃提供了一条创新的途径。

有鉴于此，中科院天津工业生物技术研究所 Wuyuan Zhang和爱尔兰科克大学Jerry Murphy教授、Chen Deng等人，结合光/生物/电化学催化的优势，讨论了一种创新的循环级联系统，将生物质和二氧化碳转化为增值生物烷烃(C_nH_2n+2, n = 2-5)，同时实现碳循环。

本文要点

1）厌氧消化是一种可行的生物技术，可以从生物质中产生C1甲烷。天然微生物发酵生产羧酸（例如乙酸/丁酸）已有100多年的历史了。由可再生电力驱动的电化学技术的进步，已经使有机物质或二氧化碳作为原料通过EF或MES使生物电化学生产高分子量羧酸成为可能。然而，产品毒性是一个共同的挑战，限制了这些工艺的效果，以达到最大的产品浓度和生产速率。

2）光生化电化学系统的优势包括：可以灵活地在EF中转换复杂且变化的底物（例如有机废物），产生可调节的CO2的MES中的MCCA组成，通过光脱羧反应对目标生物烷烃的优异选择性（接近100％）以及扩展通用光/生物/电化学策略应用的能力。

3）这些优点与环境温度/压力操作相结合，可以促进开发更可持续和通用的方法，以利用可再生生物质和二氧化碳生产有价值的C_nH_2n+2燃料/化学品。此外，提出了级联式循环系统是一个灵活的跨学科平台，微生物，电化学和光催化相结合的总体概念开辟了一个全新的研究前沿，可以针对原料，中间体和目标化合物进行设计来扩展和多样化产品。例如，除了生产烷烃外，还可以将所生成的中间体羧酸转化为末端烯烃，脂肪胺和醇，它们是聚合物和表面活性剂领域中非常重要的化合物。

参考文献：

Richen Lin et al. Production of Bio-alkanes from Biomass and CO₂. Trends in Biotechnology, 2021.

DOI: 10.1016/j.tibtech.2020.12.004

https://doi.org/10.1016/j.tibtech.2020.12.004