Biohybrid CO 2 electrolysis for the direct synthesis of polyesters from CO 2

钩虫贪铜菌 电解 格式化 电解质 化学工程 化学 材料科学 聚酯纤维 催化作用 有机化学 电极 羟基烷酸 细菌 遗传学 物理化学 工程类 生物
作者
Jinkyu Lim,So Young Choi,Jae Won Lee,Sang Yup Lee,Hyunjoo Lee
出处
期刊:Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America [National Academy of Sciences]
卷期号:120 (14) 被引量:28
标识
DOI:10.1073/pnas.2221438120
摘要

Converting anthropogenic CO2 to value-added products using renewable energy has received much attention to achieve a sustainable carbon cycle. CO2 electrolysis has been extensively investigated, but the products have been limited to some C1-3 products. Here, we report the integration of CO2 electrolysis with microbial fermentation to directly produce poly-3-hydroxybutyrate (PHB), a microbial polyester, from gaseous CO2 on a gram scale. This biohybrid system comprises electrochemical conversion of CO2 to formate on Sn catalysts deposited on a gas diffusion electrode (GDE) and subsequent conversion of formate to PHB by Cupriavidus necator cells in a fermenter. The electrolyzer and the electrolyte solution were optimized for this biohybrid system. In particular, the electrolyte solution containing formate was continuously circulated through both the CO2 electrolyzer and the fermenter, resulting in the efficient accumulation of PHB in C. necator cells, reaching a PHB content of 83% of dry cell weight and producing 1.38 g PHB using 4 cm2 Sn GDE. This biohybrid system was further modified to enable continuous PHB production operated at a steady state by adding fresh cells and removing PHB. The strategies employed for developing this biohybrid system will be useful for establishing other biohybrid systems producing chemicals and materials directly from gaseous CO2.
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