德大学发展储存氢气方法 借助细菌硏新型生物电池

［星岛综合报道］应对气候变化的斗争使寻找碳中性能源的工作变得越来越紧迫。在碳中和经济中，绿色氢气是一种有潜力的燃料，目前也向不少生产氢气的努力正在进行。其中一个挑战是如何以安全和简便的方式储存和运输这种高爆炸性的气体。

现在，法兰克福Goethe University的一个微生物学家团队已经成功地利用细菌来控制氢气的储存和释放，这也是为了气候保护而寻找碳中性能源的一个重要步骤。研究人员在细菌中发现了一种酶(enzyme)，它可以活在没有空气的环境下，并将氢气直接与二氧化碳结合，以这种方式产生甲酸。这个过程是完全可逆转的，这正是储存氢气的一个基本要求。

这些生乙酸细菌(acetogenic bacteria)以二氧化碳为食，在氢气的帮助下，它们将二氧化碳代谢成甲酸。通常情况下，这种甲酸只是它们新陈代谢的中间产品，并被进一步消化为乙酸(acetic acid) 和乙醇(ethanol)。但该团队以这样一种方式对细菌进行了调整，即不仅可以在甲酸阶段停止这一过程，还可以将其逆转。该基本原理已于2013年获得专利。

Volker Müller教授报告说：“测量到的二氧化碳还原成甲酸的速率是有史以来最高的，比其他生物或化学催化剂大很多倍。此外，与化学催化剂不同，这种细菌不需要稀有金属或极端条件来进行反应，如高温和高压，而是在30℃和正常压力下完成这项工作。”该小组现在有一个新的成功报告：在同样的细菌的帮助下，开发了一个用于储存氢的生物电池。

日间，在一个光伏装置的帮助下产生电力，然后为水的水解提供动力。细菌将以这种方式产生的氢气与二氧化碳结合，从而形成甲酸。这个反应是完全可逆可转的，而且反应的方向完全由起始材料和最终产品的浓度来引导。夜间，生物反应器中的氢气浓度下降，细菌开始从甲酸中再次释放氢气。然后，这些氢气可以作为一种能源使用。

为了测试他们的细菌储氢系统，研究小组给细菌喂了8个小时的氢气，然后在过夜的16小时阶段让它们吃氢气。然后细菌再次释放所有的氢气。在基因工程过程的帮助下，有可能消除不需要的乙酸形成。

“该系统极其稳定地运行了至少两周，”大学的博士生Fabian Schwarz解释说，他很高兴这项工作已被接受在Joule期刊上发表，这是一份著名的化学和物理过程工程杂志。“生物学家在这种重要的期刊上发表文章是有些不寻常的。”

据研究人员称，所展示的工艺设计可以被视为未来的“生物电池”(bio-battery)，用于在甲酸中以氢的形式可逆地储存电子。

图片：Goethe University、Pixels

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