紫色细菌或成环保小能手：分解污水造可再生清洁能源

作者：Prachi Patel

翻译：李琼

编辑：大庆

人类每天都会产生不计其数的废弃物和废水，尽管大多数人都不愿意考虑这个问题，但这些废弃物和废水产生的环境问题却不容忽视。

紫色细菌或成环保小能手：分解污水造可再生清洁能源

污水排放。图片来源：Pixabay

即使由专业的污水处理厂处理废水，也会产生碳排放量高等环境问题。同时，污水处理厂用电量大，还会产生大量CO2、甲烷（CH4）和N2O等温室气体。

其实，这些废弃物和废水都是丰富的潜在能源，污水中的有机化合物和营养物质可以作为制造生物燃料的碳源。

那么，人们能不能变废为宝，使用污水来生产燃料、用于工厂运行，使工厂达到碳中和呢？

近日，西班牙的一个研究团队通过可吸收光的紫色细菌实现了从污水到生物燃料的转化。这是首次在生物电化学系统中使用紫色细菌，并通过外加的电流，可以从有机废水中回收碳源，且产生氢气用于发电。

该研究发表在了《能源研究前沿》（Frontiers of Energy Research）杂志上，讲述了将城市污水和工业废水转化为清洁的可再生氢气并用于发电的方法。这样做还能同时减少污水处理厂的碳排放量，可谓一举多得。

一般认为细菌能以甲烷、酿造残渣甚至抗生素等作为碳源，因而人类可以借助它们来生产能源、燃料和化工产品。为了检验这一点，文章作者丹尼尔・普约尔和他在马德里胡安卡洛斯大学的同事用紫色光合细菌进行研究。紫色光合细菌能像植物一样利用碳源，吸收光能转化为化学能，即进行光合作用。但与植物不同的是，这些细菌吸收红外光。

紫色细菌或成环保小能手：分解污水造可再生清洁能源

紫色细菌 图片来源：http://www.anthropocenemagazine.org/2018/12/purple-bacteria-convert-human-waste-into-renewable-fuel/

这些细菌通过多种代谢反应来产生不同的化合物。代谢终产物的类型取决于它们获得的红外光的强度、环境温度以及营养物的浓度。

例如，当这些细菌处在富含氮的废水中，并且受红外光照时，会产生具有高蛋白质含量的代谢产物，可以作为动物饲料添加剂。而在缺乏营养素的有机废物中，这些微生物可以产生大量聚羟基脂肪酸酯(PHA)。PHA广泛存在于微生物细胞内，主要作为碳源和能量的贮藏物质，由于它具有类似于合成塑料的物化特性同时又有生物可降解性等优秀性能，而在可生物降解材料方面有广泛的应用[1]。

此外，细菌处在富含有机物的废水中时，会产生氢气。研究人员通过试验不同种类和浓度的碳源和氮源，在降低CO2排放量的同时最大限度地增加了产氢量[2]；并且通过给有机废物添加外部电流，使氢气产生量增加，同时在这种生物电化学系统中，紫色光合细菌的单细胞蛋白产量也没有受到影响[2]。但普约尔告诉ResearchGate，有机废弃物中蛋白质产生的铵会抑制氢气的产生，所以必须消除其中的铵。

研究人员正在为该技术申请专利，并想努力扩大生产规模以及商业化。普约尔说，“从废物和废水中回收资源并不是什么新鲜事儿，我们正在努力做的是大自然数百万年来一直在做的事情。大自然以它的智慧，选择光合作用作为能量转化的机制，我们只是在加速这个过程罢了。”

紫色细菌或成环保小能手：分解污水造可再生清洁能源

排版：大庆

题图来源：http://www.anthropocenemagazine.org/2018/12/purple-bacteria-convert-human-waste-into-renewable-fuel/

参考文献

[1] 李正军, 魏晓星, 陈国强. 生产聚羟基脂肪酸酯的微生物细胞工厂[J]. 生物工程学报, 2010, 26(10): 1426-1435.

[2] Vasiliadou I, Berna A, Manchon C, et al. Biological and Bioelectrochemical Systems for Hydrogen Production and Carbon Fixation Using Purple Phototrophic Bacteria[J]. Frontiers in Energy Research, 2018, 6: 107.

文章来源：www.anthropocenemagazine.org/2018/12/purple-bacteria-convert-human-waste-into-renewable-fuel/（本文由storythings供稿）