Некоторые виды бактерий используют электричество для получения, например, алкоголя. Были даже попытки коммерциализировать этот процесс. Но вот его биология оставалась невыясненной. Теперь группе немецких исследователей впервые удалось экспериментально подтвердить, что бактерии используют образующийся в ходе электролиза водород для синтеза органических веществ.

В ходе микробного электросинтеза (МЭС) подвергаемые воздействию электричества микроорганизмы связывают углекислый газ, преобразуя его в различные вещества, такие как спирты и органические кислоты. Эта перспективная «зеленая» технология, позволяющая превращать атмосферный углекислый газ в топливо, известна более десяти лет. Но биологическая сторона вопроса оставалась неизвестной, что затрудняло коммерциализацию процесса.

И вот группа исследователей из нескольких научных центров Германии добилась прорыва в этом вопросе. Исследователи не только смогли доказать, как именно бактерии переносят получаемые от электрического тока электроны, но и уточнить спектр производимых таким способом органических веществ, а также оптимизировать процесс для максимально возможного выхода.

Результаты исследования опубликованы в журнале Green Chemistry.

Во время МЭС электричество и углекислый газ подаются в питательный раствор, где содержатся бактерии, и некоторое время ученые полагали, что для связывания газа микроорганизмы улавливают электроны напрямую. Однако при подаче электричества в водный раствор происходит еще один процесс — электролиз, расщепление молекул воды на водород и кислород.

Чтобы проверить, как наличие водорода в системе влияет на электросинтез, ученые настроили лабораторные биореакторы таким образом, чтобы учитывать все параметры раствора в процессе МЭС.

Это позволило доказать, что чем больше водорода было доступно бактериям Clostridium ljungdahlii, тем больше веществ они могли синтезировать в единицу времени. Если же водорода в смеси было недостаточно (например, сила тока была слишком мала для электролиза воды), бактерии резко снижали интенсивность электросинтеза.

Оптимизировав напряжение и концентрацию бактерий в растворе, ученые смогли увеличить выход полезного продукта электросинтеза — ацетата, а также обнаружить в растворе аминосоединения, которые раньше методом МЭС не получали. Конкретно речь об аминокислоте глицине и первичном спирте этаноламине, более ценных, чем этанол или ацетат, получавшиеся с помощью этих бактерий ранее. Поскольку аминосоединения широко применяются в химической промышленности, это открытие может помочь сделать технологию МЭС коммерчески жизнеспособной.