近日，韩国科学技术院的李相烨和李贤珠(音)领导的小组开发了一种混合系统，将二氧化碳电化学转化和基于微生物的生物转化相结合，以高效生产来自二氧化碳的生物塑料。相关研究成果发表于国际期刊《美国国家科学院院刊》(PNAS) 。

研究人员写道：“利用可再生能源将人类产生的二氧化碳转化为增值产品，以实现可持续的碳循环，这方面已受到广泛关注。”

电化学-生物混合系统模拟图和照片

人们已经知道Cupriavidus necator(钩虫贪铜菌)可以生产聚羟基丁酸酯(PHB)。然而，从前的产量很少。该研究小组现在发现，如果在两个分开的容器中进行二氧化碳的电化学转化和PHB的生产，可优化这一生物技术过程。

在一个容器中，二氧化碳在一个气体扩散电极上被还原成甲酸。然而，这一过程会产生电流以及对细菌细胞有害的氧化物和氮化物。研究人员通过将钩虫贪铜菌的发酵转移到另一个容器，从而为这种细菌创造了更好的生长条件。不过，为此他们必须开发一种电解液，它既能使二氧化碳发生电化学反应，又能使细菌细胞大量生产生物塑料。

该团队成功开发出这样一种电解液，因此得以建立起一个循环：甲酸在二氧化碳电解装置的容器中不断产生，并与电解液一起流入发酵容器，同时把对细菌有害的物质过滤掉。在发酵容器内，细菌将甲酸作为食物来源，生产PHB，PHB在细菌细胞中不断积累。生物技术专家以此实现了相当于细菌干燥重量83%的PHB产量，生产率是现有研究的20倍以上。

从发酵容器中取出的钩虫贪铜菌会被新培养的细菌替换。在细菌细胞被过滤出来后，电解液也将重新流回二氧化碳电解装置容器内。

研究报告作者写道：“这项工作为减少二氧化碳排放和生产环境友好型生物塑料提供了一种不寻常的策略。”这项工艺稳定运行了18天，甲酸和PHB的浓度一直保持不变。因此，研究人员相信，他们可将工艺扩大到PHB商业生产规模。