Bio-electro CO2 recycling into added value compounds: insights, routes, strategies and performance improvements
Meritxell Romans Casas
En els últims anys, la descarbonització de la indústria ha esdevingut una estratègia clau per fomentar una economia sostenible i respectuosa amb el medi ambient. Una aproximació prometedora és la conversió de CO2, un dels principals contribuents al canvi climàtic, en productes valuosos com compostos orgànics. Entre els diversos processos explorats, l’electrosíntesi microbiana (MES) i la fermentació anaeròbica han demostrat un gran potencial. La MES utilitza microorganismes per transformar el CO2 en productes químics útils, impulsada per energia renovable, mentre que la fermentació anaeròbica converteix els compostos orgànics simples en molècules més complexes i valuoses, millorant l’eficiència del procés.
Mentre que la major part de la recerca s’ha centrat en la conversió de CO2 en compostos més simples com l’àcid acètic o el metà, aquesta tesi doctoral té com a objectiu optimitzar la MES per produir productes de major valor com l’etanol i els àcids carboxílics de cadena llarga. Mitjançant una extensa experimentació, es van identificar les condicions òptimes per a la producció d’etanol, incloent-hi un pH baix, una alta pressió parcial d’hidrogen i concentracions d’àcid acètic superiors a 6.0 g L-1. Sota aquestes condicions, es van aconseguir taxes de producció d’etanol contínua de fins a 10,95 g m-2 d-1, amb concentracions finals de 5,28 g L-1.
Els avenços en els dissenys de reactors de baix espai lliure van millorar la relació molar d’etanol a àcid acètic fins a 2,11, augmentant l’eficiència i reduint el consum energètic, acostant la tecnologia MES a la viabilitat comercial.
A més, es va explorar la producció d’àcids butíric i caproic utilitzant cèl·lules MES de baix espai lliure. L’àcid butíric es va produir amb una selectivitat del 78% i un consum d’energia de 34,6 kWh kg-1, la meitat del que s’havia informat anteriorment. Es va desenvolupar un sistema en dos passos que integrava la MES amb la fermentació anaeròbica, produint àcid caproic a 0,74 g L-1 d-1 amb més del 90 % de selectivitat. Un innovador sistema de fermentació amb membranes submergides va permetre augmentar la selectivitat fins al 94 %, amb taxes de producció de 3,1 g L-1 d-1.
Aquesta recerca demostra la viabilitat de la MES i la fermentació anaeròbica per transformar el CO2 residual en productes químics valuosos. Optimitzant les condicions i integrant dissenys avançats de reactors, aquest treball contribueix significativament al desenvolupament de tecnologies per a aplicacions industrials a gran escala, obrint el camí cap a un futur més sostenible.
En els últims anys, la descarbonització de la indústria ha esdevingut una estratègia clau per fomentar una economia sostenible i respectuosa amb el medi ambient. Una aproximació prometedora és la conversió de CO2, un dels principals contribuents al canvi climàtic, en productes valuosos com compostos orgànics. Entre els diversos processos explorats, l’electrosíntesi microbiana (MES) i la fermentació anaeròbica han demostrat un gran potencial. La MES utilitza microorganismes per transformar el CO2 en productes químics útils, impulsada per energia renovable, mentre que la fermentació anaeròbica converteix els compostos orgànics simples en molècules més complexes i valuoses, millorant l’eficiència del procés.
Mentre que la major part de la recerca s’ha centrat en la conversió de CO2 en compostos més simples com l’àcid acètic o el metà, aquesta tesi doctoral té com a objectiu optimitzar la MES per produir productes de major valor com l’etanol i els àcids carboxílics de cadena llarga. Mitjançant una extensa experimentació, es van identificar les condicions òptimes per a la producció d’etanol, incloent-hi un pH baix, una alta pressió parcial d’hidrogen i concentracions d’àcid acètic superiors a 6.0 g L-1. Sota aquestes condicions, es van aconseguir taxes de producció d’etanol contínua de fins a 10,95 g m-2 d-1, amb concentracions finals de 5,28 g L-1.
Els avenços en els dissenys de reactors de baix espai lliure van millorar la relació molar d’etanol a àcid acètic fins a 2,11, augmentant l’eficiència i reduint el consum energètic, acostant la tecnologia MES a la viabilitat comercial.
A més, es va explorar la producció d’àcids butíric i caproic utilitzant cèl·lules MES de baix espai lliure. L’àcid butíric es va produir amb una selectivitat del 78% i un consum d’energia de 34,6 kWh kg-1, la meitat del que s’havia informat anteriorment. Es va desenvolupar un sistema en dos passos que integrava la MES amb la fermentació anaeròbica, produint àcid caproic a 0,74 g L-1 d-1 amb més del 90 % de selectivitat. Un innovador sistema de fermentació amb membranes submergides va permetre augmentar la selectivitat fins al 94 %, amb taxes de producció de 3,1 g L-1 d-1.
Aquesta recerca demostra la viabilitat de la MES i la fermentació anaeròbica per transformar el CO2 residual en productes químics valuosos. Optimitzant les condicions i integrant dissenys avançats de reactors, aquest treball contribueix significativament al desenvolupament de tecnologies per a aplicacions industrials a gran escala, obrint el camí cap a un futur més sostenible.