NETL チームが CO2 を酢酸塩に変換: プロジェクトは有用な商用原料を供給しながら温室効果ガスを削減できる

Jul 07, 2023

8月27日—ピッツバーグ — 温室効果ガスと地球温暖化の懸念が世界中で続く中、国立エネルギー技術研究所の3人からなる研究チームは、二酸化炭素を有用な商品である酢酸塩に変える手段を発見し、研究を進めている。その発見を商業規模にまで拡大するために。

ジュナ・ガリバー、連邦主任調査官。 サム・フレット、オークリッジ科学教育研究所研究員。 NETL の Lidos Research Support Team の研究エンジニア、Dan Ross 氏は、彼らの研究について説明し、ピッツバーグの研究室のツアーを提供しました。

アセテートは幅広い用途を持つ半合成液体です。繊維に紡いで布地にしたり、メガネフレームやジュエリーの形に成形したり、掃除用品や除光液（アセトン）などに使用したりできます。

CO2ガスを液体酢酸塩に変えるという発見は幸運な偶然だった、と3人の科学者は語った。 これには、生体触媒として機能する微生物の介入が含まれます。

触媒は、それ自体が永続的な化学変化を起こすことなく、化学反応の速度を高める物質です。 生体触媒は、生物源からの酵素を使用して生化学反応と同じ目的を達成する天然物質です。 NETL はこの技術に関する特許を申請しました。

ロスは微生物学を利用して石炭をメタンに変換する別のプロジェクトに取り組んでおり、石炭層メタン井戸へのアクセスを持っていました。 電気を使って CO2 を付加価値のある製品に変換するという考えは新しいものではないため、研究室でこれらのメタン サンプルを濃縮して酢酸塩に変換することを試みることにしました。

「私たちは、それがそれらの微生物の良い供給源であると考えました。そして、私たちはこれらのシステムで頻繁に作業しているので、これらのサンプルを入手する非常にユニークな能力を持っていました」とガリバー氏は言いました。

もちろん、すべての小さな生き物が適しているわけではありません。 彼らは非常に多様な群集から始め、二酸化炭素から酢酸塩への変換を触媒する微生物が 4 ～ 5 種類最も豊富に存在する群落を対象に一連の実験を強化しました。

そして、より多くの生物を採取するために井戸に何度も戻る必要はない、と彼らは言った。 それらは元のサンプルから増殖し続けます。一般の人はそれをサワードウスターターと大まかに比較するかもしれません。

彼らのプロジェクトの次の段階は、より多くの生産を行う方法を見つけることだと彼らは語った。 現在、試験管では1リットルあたり約8グラムの溶液（1グラムは約0.28オンスまたは小さじ1.9杯）を生産できます。 彼らは、その力価を 1 リットルあたり 40 グラムに引き上げ、製品の生産量をリットルからガロンにしたいと考えています。 「私たちの目標は常にその集中力を高めることです。」

「スケールアップは、その物流を確保するための材料費の点で、さらに問題になると思います」とガリバー氏は語った。 理論的には、微生物をかなりの量の変換に十分な大きさのバイオマスに成長させることができるはずです。

彼らは2017年から2018年にこのプロジェクトに取り組み始めたが、新型コロナウイルスの影響で中断したため、2020年末から2021年にかけて検査プロセスの拡大を開始したとロス氏は語った。 「ここ数年、私たちは最適化を進めてきましたが、ある程度絞り込んだので、バイオリアクター側でさらに取り組みたいと考えています。つまり、製品を最大化するためにそれをエンジニアリングしたいのです。」

バイオリアクターは、あらゆる種類の騒音や恐ろしい効果を伴うものを生み出す、ある種の巨大な機械ではありません。 彼らのバイオリアクターは 1 リットルのチューブです。 彼らは増殖液と培養液をチューブ内に入れ、CO2をガスとして充填し、酢酸塩を生成させます。

現時点では、必要な力価に達したら、停止して材料を除去する必要があります。 これをバッチ反応器と呼びます。

そこで彼らは、流体の流れが入ってきて生体触媒に当たり、それが機能すると酢酸塩が別の出口から出てくるフロースルー型反応器の開発に取り組んでいる。 これは、滞留時間 (反応器内の時間) を増やし、濃度を 2 倍または 3 倍に高め、プロセスを常に停止するのではなく、常に生成物を取り出すことができることを意味します。