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Cascade synthesis of ethanol and acetate via microbial fermentation of syngas produced photoelectrochemically by molecular catalysts on BiVO4-perovskite tandem artificial leaf

Projektbeschreibung

Ein künstliches Blatt kombiniert die neusten Photovoltaikmaterialien, Bakterien und molekulare Katalysatoren

Der Klimawandel erhöht den dringlichen Bedarf an nachhaltiger, sauberer Energie, welche die Verbrennung fossiler Brennstoffe reduziert und das atmosphärische Kohlendioxid (CO2) mindert. Herkömmliche fossile Brennstoffe werden aus den fossilen Überresten einstmals lebendiger Organismen gewonnen. Zusätzlich zu Brennstoffen haben zahlreiche kommerziell relevante Chemikalien ihren Ursprung in der organischen Chemie, der Chemie kohlenstoffbasierter Stoffverbindungen. Es überrascht nicht, dass die unübertroffene Fähigkeit der Natur, komplexe katalytische Reaktionen durchzuführen, von Bedeutung für die organische Chemie ist. Das EU-finanzierte Projekt MicrobialLEAF züchtet Bakterien, um in einem künstlichen Blattsystem mit integrierten hochmodernen Photovoltaikmaterialien zur photoelektrochemischen Umwandlung von CO2 in energiereiche Chemikalien und Brennstoffe beizutragen. Es wird die erneuerbare Synthese von mehrfachen Kohlenstoffverbindungen ermöglichen, die auf natürlichem Weg mit Sonnenenergie durchgeführt wird.

Ziel

The photoelectrochemical conversion of the greenhouse gas carbon dioxide (CO2) to energy-rich chemicals and fuels is an attractive strategy towards climate change remediation and a circular carbon economy. However, the renewable synthesis of complex organic molecules using solar power still faces several challenges for practical application. Current synthetic systems, which can reach high light absorption and charge separation efficiencies, still rely on the use of expensive materials with improvable specificity for the generated products. On the other hand, biological systems such as microbes are far superior performing complex catalytic chemistry (C-C coupling, multi-electron catalysis) with high product specificity. The synergistic combination of synthetic and biological components enables novel synthesis pathways, otherwise inaccessible abiotically, to generate useful chemicals and fuels with higher efficiency and product specificity. The proposed project aims to build a proof-of-concept microbial hybrid artificial leaf to generate ethanol and acetate via fermentation of hydrogen and carbon monoxide (syngas) produced by molecular catalysts immobilized on an artificial leaf. The molecular catalysts will be embedded in a highly porous carbon-based cathode to generate the syngas from aqueous CO2 to feed locally the bacterium Clostridium ljungdahlii within the pores, a novel approach compared to current decoupled microbial hybrid systems. The proposed artificial leaf will integrate state-of-the-art BiVO4 and perovskite components, for efficient light absorption, charge separation and water oxidation, with the cathode. This microbial leaf will be the first example of cascade catalysis where molecular catalysts and microbes will work together to produce multi-carbon products, enabling the study of abiotic-biotic interfaces key to design new materials for improved solar (bio)chemicals generation.

Koordinator

THE CHANCELLOR MASTERS AND SCHOLARS OF THE UNIVERSITY OF CAMBRIDGE
Netto-EU-Beitrag
€ 224 933,76
Adresse
TRINITY LANE THE OLD SCHOOLS
CB2 1TN Cambridge
Vereinigtes Königreich

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Region
East of England East Anglia Cambridgeshire CC
Aktivitätstyp
Higher or Secondary Education Establishments
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Gesamtkosten
€ 224 933,76