Fraunhofer-Gesellschaft 在IGB弗劳恩霍夫的CELBICON项目中开发的电解槽从大气CO2合成甲酸
荣誉:IGB·弗劳恩霍夫 德国的干燥土壤，北极的热记录和西伯利亚融化的永久冻土
气候变化的后果在全球随处可见
为了降低大气中二氧化碳的浓度，许多研究小组正在研究如何将二氧化碳用作生产化学品的原料
“开发利用二氧化碳的过程将是未来气候友好和资源高效的循环经济的重要组成部分，”博士认为
阿恩·罗斯，IGB弗劳恩霍夫界面工程和生物技术研究所创新领域催化剂负责人
从离析物到产品分三步走:吸附、电化学、生物技术 电化学和生物技术相结合的工艺提供了一种使用二氧化碳作为生产燃料和化学品的原料的新方法
IGB弗劳恩霍夫界面工程和生物技术研究所与科学和工业伙伴一起，在EU-资助的CELBICON项目中采用了这一方法，并在试点规模上展示了一个示范性的过程链
这种方法的优点是:“通过利用细菌的自然合成能力——除了CO2吸附和电化学转化——我们可以产生更复杂的分子，从而产生附加值产品，使新的过程变得经济，”Dr
莱昂纳尔·伊斯特万·切佩，负责协调IGB弗劳恩霍夫的项目
CO2收集器中的吸附 为了使用大气中的CO2作为原料，必须首先从空气中将其吸附
为此，项目合作伙伴克利梅工厂在位于斯特劳宾的IGB生物卫星分部的场地上建立了一个示范工厂
在工厂的CO2收集器中，CO2被吸附到选择性过滤材料上，该过滤材料与通过通风机吹过系统的空气直接接触
瑞士公司的技术已经在各种工业试验设施中使用
但是如何将CO2转化为适销对路的产品呢？ 由二氧化碳生产甲酸 二氧化碳可以在所谓的电解电池中通过电化学反应转化为简单的化合物，如甲酸、甲醇或乙醇
形成的产物是所谓的C1或C2化合物，它只含有一个或两个碳原子
“然而，二氧化碳的电化学转化只有在生态上才有意义，如果可再生能源被用于此目的，”切佩解释说
斯特劳宾生物技术分部的弗劳恩霍夫研究人员筛选了数百种不同的催化剂，以确保高效地进行CO2的电化学转化，并以尽可能高的浓度形成甲酸
电化学专家Dr
露丝安娜·维埃拉
“电解质既不能有毒，也不能抑制后续生物技术转化步骤发挥作用的酶，”这位科学家说
利用生物技术创造增值染料 然而，通过这种方法很难以经济的方式生产简单的C1和C2化合物
原因是:德国可再生能源的可用性受到强烈波动的影响——主要是由于当地的气候条件
因此，每年最多只能进行2000-3000小时的部分负荷运行
“只有当初级产品能够进一步转化为更高价值的产品时，电化学生产才会变得具有经济优势，”切佩解释说
因此，在第二个电化学过程步骤中产生的C1化合物，如甲醇或甲酸，作为第三个过程步骤(微生物发酵)中使用的甲基营养细菌的唯一碳源和能源
弗劳恩霍夫研究所的研究人员为CELBICON过程选择了甲基杆菌
这种生物能够由甲醇或甲酸形成复杂的红色染料
“增值染料是通过微生物萜烯代谢形成的，”博士解释说
乔纳森·法布里斯，他在IGB负责发酵工作
其他细菌需要富含能量的糖作为底物，而不是这里使用的甲酸或甲醇
发酵被建立为10升规模的补料分批过程
“我们能够证明发酵过程中使用的14%的甲酸被转化为萜类染料，”法布里留斯强调说
斯特劳宾的研究人员能够提取和纯化染料后，他们目前正在努力澄清其确切的化学结构
法布里斯展望未来:“我们的目标是通过代谢工程和酶工程进一步优化应用的细菌，以提高产量，从而提高整个过程的效率”
流程演示 经过实验室规模的验证，弗劳恩霍夫IGB公司成功地建造了一个自动化电解槽示范装置
该单元的核心是电极面积为100 cm2的电化学电池
“我们可以使用演示器来控制重要的参数，例如用于长期稳定性测试的电解质的温度和酸碱度
为此，工厂配备了自动数据采集系统
表示“动作”:fighting ｜ outing ｜ building
卡斯滕·皮兹卡在斯图加特的IGB分部研究基本化学物质的电合成
由CO2吸附器和电解槽示范装置组成的集成系统在连续运行中得到验证
演示器也是为电极堆的集成而设计的
皮耶茨卡说:“这使我们能够提高甲酸的生产率，并利用该演示器将电解槽进一步发展到工业规模。”
珍贵的精细化学品——不受气候影响，分散生产 “通过我们新的组合技术，二氧化碳可以电化学转化为C1中间体，然后这些可以发酵成增值化合物，”项目经理塞佩总结道
随着应用微生物和发酵步骤的进一步优化，也有可能以完全碳中性的方式生产基本化学物质，如乳酸、异戊二烯或生物聚合物聚羟基丁酸
因为二氧化碳——就像可再生能源一样——主要是以分散的方式产生的，所以联合工艺特别适合于小规模的化学品生产
通过这种方式，即使是小批量的分散生产也可以通过相应的高质量和高价值的产品变得经济可行
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