德大學發展儲存氫氣方法 借助細菌硏新型生物電池

［星島綜合報道］應對氣候變化的鬥爭使尋找碳中性能源的工作變得越來越緊迫。在碳中和經濟中，綠色氫氣是一種有潛力的燃料，目前也向不少生產氫氣的努力正在進行。其中一個挑戰是如何以安全和簡便的方式儲存和運輸這種高爆炸性的氣體。

現在，法蘭克福Goethe University的一個微生物學家團隊已經成功地利用細菌來控制氫氣的儲存和釋放，這也是為了氣候保護而尋找碳中性能源的一個重要步驟。研究人員在細菌中發現了一種酶(enzyme)，它可以活在沒有空氣的環境下，並將氫氣直接與二氧化碳結合，以這種方式產生甲酸。這個過程是完全可逆轉的，這正是儲存氫氣的一個基本要求。

這些生乙酸細菌(acetogenic bacteria)以二氧化碳為食，在氫氣的幫助下，它們將二氧化碳代謝成甲酸。通常情況下，這種甲酸只是它們新陳代謝的中間產品，並被進一步消化為乙酸(acetic acid) 和乙醇(ethanol)。但該團隊以這樣一種方式對細菌進行了調整，即不僅可以在甲酸階段停止這一過程，還可以將其逆轉。該基本原理已於2013年獲得專利。

Volker Müller教授報告說：「測量到的二氧化碳還原成甲酸的速率是有史以來最高的，比其他生物或化學催化劑大很多倍。此外，與化學催化劑不同，這種細菌不需要稀有金屬或極端條件來進行反應，如高溫和高壓，而是在30℃和正常壓力下完成這項工作。」該小組現在有一個新的成功報告：在同樣的細菌的幫助下，開發了一個用於儲存氫的生物電池。

日間，在一個光伏裝置的幫助下產生電力，然後為水的水解提供動力。細菌將以這種方式產生的氫氣與二氧化碳結合，從而形成甲酸。這個反應是完全可逆可轉的，而且反應的方向完全由起始材料和最終產品的濃度來引導。夜間，生物反應器中的氫氣濃度下降，細菌開始從甲酸中再次釋放氫氣。然後，這些氫氣可以作為一種能源使用。

為了測試他們的細菌儲氫系統，研究小組給細菌餵了8個小時的氫氣，然後在過夜的16小時階段讓它們吃氫氣。然後細菌再次釋放所有的氫氣。在基因工程過程的幫助下，有可能消除不需要的乙酸形成。

「該系統極其穩定地運行了至少兩周，」大學的博士生Fabian Schwarz解釋說，他很高興這項工作已被接受在Joule期刊上發表，這是一份著名的化學和物理過程工程雜誌。「生物學家在這種重要的期刊上發表文章是有些不尋常的。」

據研究人員稱，所展示的工藝設計可以被視為未來的「生物電池」(bio-battery)，用於在甲酸中以氫的形式可逆地儲存電子。

圖片：Goethe University、Pixels

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