Enhanced CO2 Conversion to Acetate through Microbial Electrosynthesis (MES) by Continuous Headspace Gas Recirculation

生物膜 化学 醋酸 固碳 微生物联合体 微生物 甲烷 电合成 细菌 微生物学 有机化学 二氧化碳 电化学 生物 电极 物理化学 遗传学
作者
Raúl Mateos,Ana Sotres,Raúl M. Alonso,Antonio Morán,Adrián Escapa
出处
期刊:Energies [Multidisciplinary Digital Publishing Institute]
卷期号:12 (17): 3297-3297 被引量:50
标识
DOI:10.3390/en12173297
摘要

Bioelectrochemical systems (BESs) is a term that encompasses a group of novel technologies able to interconvert electrical energy and chemical energy by means of a bioelectroactive biofilm. Microbial electrosynthesis (MES) systems, which branch off from BESs, are able to convert CO2 into valuable organic chemicals and fuels. This study demonstrates that CO2 reduction in MES systems can be enhanced by enriching the inoculum and improving CO2 availability to the biofilm. The proposed system is proven to be a repetitive, efficient, and selective way of consuming CO2 for the production of acetic acid, showing cathodic efficiencies of over 55% and CO2 conversions of over 80%. Continuous recirculation of the gas headspace through the catholyte allowed for a 44% improvement in performance, achieving CO2 fixation rates of 171 mL CO2 L−1·d−1, a maximum daily acetate production rate of 261 mg HAc·L−1·d−1, and a maximum acetate titer of 1957 mg·L−1. High-throughput sequencing revealed that CO2 reduction was mainly driven by a mixed-culture biocathode, in which Sporomusa and Clostridium, both bioelectrochemical acetogenic bacteria, were identified together with other species such as Desulfovibrio, Pseudomonas, Arcobacter, Acinetobacter or Sulfurospirillum, which are usually found in cathodic biofilms. Moreover, results suggest that these communities are responsible of maintaining a stable reactor performance.
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