Bioelettricità per l’energia alternativa
I sistemi bioelettrochimici sono dispositivi elettrochimici che trasformano l’energia chimica in elettricità. Gli enzimi purificati catalizzano l’ossidazione del carburante all’anodo elettrodo ed effettuano la riduzione dell’accettore di elettroni al catodo elettrodo. Questi enzimi però hanno bisogno di un sostrato puro, che a presente non è economico per applicazioni su larga scala. Il problema è stato affrontato dal progetto ELECTROENZEQUEST (Bioelectrochemical system for enzyme catalyzed CO2 sequestration for the recovery of commercially viable carbonated water and methanol), che ha studiato l’uso del biossido di carbonio (CO2) come sostrato. Il progetto ha studiato i meccanismi alla base della cattura del CO2 atmosferico mediante cocktail di enzimi, che usano diversi enzimi insieme per controllare la bioelettricità. Il CO2 è stato preso in considerazione sia per l’ossidazione anodica che per la riduzione catodica al fine di ottenere acqua carbonata e metanolo, rispettivamente. I ricercatori hanno immobilizzato l’anidrasi carbonica (CA) sull’elettrodo e hanno valutato il suo uso come anodo per l’elettrogenesi (la generazione di elettricità da parte di organismi viventi). Hanno fatto un’analisi bioelettrochimica del catodo CA immobilizzato e hanno ottimizzato i vari fattori che influenzano il ruolo della CA nella cattura di CO2. Gli scienziati hanno immobilizzato la formato deidrogenasi (Fate DH), la formaldeide deidrogenasi (Fald DH) e l’alcol deidrogenasi su un elettrodo. Questo è stato introdotto come catodo nella pila a combustibile funzionante a CA. Hanno inoltre ottimizzato le prestazioni della nicotinammide adenina dinucleotide e della pirrolochinolina chinone nella pila a combustibile, che mediava il trasferimento dell’elettrone dall’elettrodo al sostrato e la conversione del CO2 in metanolo durante la riduzione catodica. Inoltre, i ricercatori hanno studiato la fattibilità di trasformare il CO2 in acido formico usando Fate DH in forma libera, prima di immobilizzarlo sull’elettrodo VITO-CoRETM a base di grafite. Sono poi riusciti a immobilizzare tutti e tre gli enzimi sull’elettrodo VITO-CoRETM a base di grafite per la produzione del metanolo. In una seconda fase è stata aggiunta CA per aumentare la produttività. Altri esperimenti sono stati fatti usando i tre enzimi insieme sull’elettrodo, dove la produzione di etanolo è stata osservata a un ritmo di 0,6 kg per metro cubo l’ora. In ogni caso, quando è stata esclusa la Fald DH, non c’è stata alcuna diminuzione della produttività di etanolo. Anche se è stato prodotto etanolo invece di metanolo, l’etanolo si può produrre direttamente dall’acido formico, che è economicamente più conveniente. ELECTROENZEQUEST ha messo quindi in evidenza l’importanza della cattura di CO2 per mitigare gli impatti dei cambiamenti climatici e il bisogno di biocarburanti alternativi.
Parole chiave
Bioelettrochimico, enzimi, ossidazione, cattura del CO2, metanolo
