最近食品价格的飙升不仅对您的食品账单来说是个坏消息。它还影响了生物制造中使用的糖，顺便说一句，生物制造并不像科学家和气候倡导者预期的那样环保。价格飙升和对真正可持续制造的迫切需求促使研究人员探索替代原料。

华盛顿大学圣路易斯分校麦凯维工程学院的Elvera和WilliamR.Stuckenberg教授FengJiao开发了一种两步工艺，可将二氧化碳(CO2)转化为有价值的碳基材料，用于生产食品、塑料和其他大宗化学品。Jiao的串联CO2电解可产生醋酸盐和乙烯。醋酸盐与人们更熟悉的乙酸或醋是近亲，可用作生物制造中使用的微生物的食物，而乙烯是塑料和其他聚合物中的常见成分。

在6月3日发表于《自然化学工程》杂志的一项研究中，焦建军展示了他的串联CO2电解器，该电解器专为提高多碳产品的产量而设计，成功扩大规模，每天可生产一公斤高浓度和高纯度的化学品。与之前的演示相比，规模增加了1,000%，为工业可行性提供了途径，焦建军和他的团队通过技术经济分析进一步证明了该技术的商业可行性。

焦先生说：“二氧化碳电催化的大多数工作都是小规模的，每天大约生产一克二氧化碳。我们已将规模扩大三个数量级，每天生产一公斤二氧化碳，这是一个很大的进步，但与全球二氧化碳排放量(每年数十亿吨)相比还相去甚远。”

“扩大规模不仅仅关乎系统规模，”焦先生继续说道。“我们还必须应对工程挑战，例如，如何分离产品以及如何在处理温度和运输方面的扩大效应时保持性能。”

焦教授团队基于从小规模实验中获取的见解，成功设计并操作了串联配置的CO2电解器和一氧化碳(CO)电解器。两个电化学反应器串联工作-首先将CO2转化为CO，然后将CO转化为多碳产品-这使得系统通过任务专业化变得更加高效。

焦先生说，电解器组连续稳定运行了125多个小时，这证明了它的坚固性。在此运行期间，该系统生产出98升高浓度、纯度为96%的醋酸盐。

Jiao的系统的一个关键成就不仅是提高了生产能力，而且系统还具有抵抗工业杂质的能力，这是实际应用中的关键因素。这种抵抗力确保系统在典型的工业环境带来的挑战中仍能保持高性能。

“这是扩大商业应用的第一步，”焦先生说。“我们正在尝试发明一种可扩展的方法，利用二氧化碳生产醋酸盐，这将使我们能够转移碳原料，提供经济的途径来利用二氧化碳并将其转化为有用的东西，并减少与传统化学制造工艺相关的二氧化碳排放。这条新途径使我们非常接近净零碳排放。”

回到杂货店。如果焦的二氧化碳转化工艺能够大规模实施，那么不仅可以节省购买糖的大量资金，这些糖是喂养生物制造中承担繁重工作的微生物所必需的。它还可以避免这些糖原料的农业生产带来的排放。

更妙的是，大规模生产醋酸盐和乙烯可以建立一个循环制造过程，其中捕获的二氧化碳可以喂养微生物，而不是对环境造成有害影响。然后，当二氧化碳作为生物制造的副产品产生时，它可以被重新捕获和再加工，为下一代微生物提供食物。

“我们正在将该系统再扩大一个数量级，”焦先生说。“我们正在对该系统进行微调，例如通过使用不同的催化剂，并通过使其更稳定、更坚固和更高效来提高性能。如果一切顺利，我们可能会在五到十年内看到这项技术在商业规模上的示范。”

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