研究人员开发出用于储氢的新型生物电池

法兰克福歌德大学的一组微生物学家成功地利用细菌来控制氢气的储存和释放。这是为了保护气候而寻找碳中和能源的重要一步。

应对气候变化的斗争使得寻找碳中和能源变得越来越紧迫。在风能或太阳能等可再生能源的帮助下从水中产生的绿色氢是寄希望于的解决方案之一。然而，运输和储存这种高爆炸性气体很困难，全世界的研究人员都在寻找化学和生物解决方案。法兰克福歌德大学的一组微生物学家在细菌中发现了一种酶，这种酶可以在没有空气的情况下生存，并将氢直接与 CO2结合，从而产生甲酸。

该过程是完全可逆的——这是储氢的基本要求。例如，在深海中发现的这些产乙酸细菌以二氧化碳为食，它们在氢气的帮助下将二氧化碳代谢为甲酸。然而，通常情况下，这种甲酸只是它们代谢的中间产物，并进一步消化成乙酸和乙醇。但是，由分子微生物学和生物能量学系主任 Volker Müller 教授领导的团队已经对细菌进行了改造，不仅可以在甲酸阶段停止这一过程，而且可以逆转它。自 2013 年以来，基本原理已获得专利。

“测得的 CO2还原为甲酸并返回甲酸的速率是有史以来最高的，比其他生物或化学催化剂高出许多倍;此外，与化学催化剂不同，细菌不需要稀有金属或极端条件即可反应，例如高温和高压，而是在 30°C 和常压下进行，”Müller 报道。该小组现在报告了一个新的成功：在相同细菌的帮助下开发了一种用于储氢的生物电池。

对于市政或家庭储氢，需要一种系统，其中细菌首先储存氢气，然后在同一个生物反应器中再次释放氢气，并在很长一段时间内尽可能稳定。Fabian Schwarz 在 Müller 教授的实验室撰写了有关该主题的博士论文，他成功地开发了这种生物反应器。他给细菌喂了 8 小时氢气，然后在 16 小时的时间里给它们喂氢食物过夜。然后细菌再次释放出所有的氢。在基因工程过程的帮助下，可以消除不需要的乙酸形成。“该系统至少在两周内非常稳定地运行，”Fabian Schwarz 解释说，他很高兴这项工作已被接受在Joule上发表, 化学和物理过程工程杂志。“生物学家在这本重要期刊上发表的文章有点不寻常，”施瓦茨说。

Volker Müller 已经在他的博士论文中研究了这些特殊细菌的特性，并花了多年时间对它们进行基础研究。“我对这些第一批生物如何组织它们的生命过程以及它们如何在没有空气和氢气和二氧化碳等简单气体的情况下设法生长很感兴趣，”他解释道。由于气候变化，他的研究获得了一个新的、面向应用的维度。他说，对于许多工程师来说，令人惊讶的是，生物学可以通过各种方式产生切实可行的解决方案。