本發(fā)明涉及co2資源化，尤其涉及一種天然絲氨酸固碳體系、制備方法及固碳方法。

背景技術：

1、我國在碳達峰、碳中和背景下，低碳轉型至關重要。但完全擺脫化石能源的消耗不僅在技術上實現(xiàn)難度巨大，在經濟上也會極大地增加成本。二氧化碳捕集、利用與封存(ccus)通過將生產過程中排放的co2捕集后加以利用，已成為促進全球綠色低碳轉型的重要舉措。因此，迫切需要開發(fā)ccus技術對必要碳排放進行處理。我國當前已具備大規(guī)模捕集與封存co2的工程能力，但碳封存本身不產生任何附加經濟效益且成本較高，碳資源化利用市場潛力和機會巨大。因此，co2資源化技術的研發(fā)已成為我國可持續(xù)發(fā)展優(yōu)先關注的焦點之一。

2、由可再生電力驅動的co2轉化是目前極具潛力的co2資源化技術，其轉化途徑主要包括電化學催化和微生物電合成。電化學催化過程涉及催化劑再生、產物升級、熱力學穩(wěn)定性等問題，商業(yè)化面臨諸多困難。生物電合成以自養(yǎng)微生物作為生物催化劑通過生物固碳途徑實現(xiàn)co2的定向轉化，不僅能夠降低最終碳排放，還可以實現(xiàn)燃料、化學品的持續(xù)綠色生產。

3、到目前為止，主要開發(fā)了還原性乙酰輔酶a(wood-ljungdahl,w-l)固碳途徑應用于co2的微生物電合成。由于該途徑耦合了微生物的產能過程，其在長期運行中面臨不穩(wěn)定的問題。因為隨著反應體系中co2轉化產物乙酸的積累，通過合成乙酸來產能的需求將超過w-l途徑的供應，微生物因無法獲得能量，最終會導致代謝和生長崩潰。此外，w-l途徑只能在嚴格厭氧的條件下運行，極大提高了可操作性以及遺傳改造難度。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的主要目的是提供一種天然絲氨酸固碳體系、制備方法及固碳方法，旨在解決現(xiàn)有技術中co2的微生物電合成運行不穩(wěn)定，反應條件嚴苛等問題。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種天然絲氨酸固碳體系，所述天然絲氨酸固碳體系包括雙室微生物電化學反應器以及位于所述雙室微生物電化學反應器的陰極室的奧奈達希瓦氏菌；其中，所述奧奈達希瓦氏菌含有絲氨酸。

3、進一步地，所述陰極室中的所述奧奈達希瓦氏菌od600為0.1～2。

4、進一步地，所述雙室微生物電化學反應器的陽極室的電解液包括2～10g·l-1的kh2po4和0.1～1g·l-1的naoh；且所述陽極室的電解液的ph為6～8。

5、所述雙室微生物電化學反應器的所述陰極室的電解液包括3～8g·l-1的nacl、0.1～1g·l-1的k2hpo4、0.1～1g·l-1的kh2po4、0.5～2g·l-1的nh4cl、0.1～1g·l-1的kcl、1.5～3.5g·l-1的nahco3、0.05～0.25g·l-1的cacl2、0.2～0.5g·l-1的mgso4·7h2o、1ml·l-1的微量元素溶液以及1ml·l-1的維生素溶液；且所述陰極室的電解液的ph為6～8。

6、進一步地，所述雙室微生物電化學反應器的陽極室和所述陰極室通過質子交換膜分隔。

7、本發(fā)明還提供了一種如上任一項所述的天然絲氨酸固碳體系的制備方法，包括以下步驟：將奧奈達希瓦氏菌的初始接種物在有氧lb肉湯培養(yǎng)基中活化并收集細菌細胞重懸；轉移所述重懸的所述細菌細胞至所述陰極室。

8、進一步地，在所述轉移步驟之前還包括用所述陰極室的電解液洗滌收集到的所述細菌細胞。

9、進一步地，所述活化的溫度為25～35℃；且所述活化在旋轉搖動的條件下進行；所述活化的時長為18～24h。

10、進一步地，所述lb肉湯培養(yǎng)基包括8～12g/l胰蛋白胨、3～7g/l酵母提取物和8～12g/l氯化鈉溶液。

11、本發(fā)明還提供了一種固碳方法，在電力供應下，向如上任一項所述的天然絲氨酸固碳體系的陰極室的底部通入co2反應8～16h。

12、進一步地，所述電力供應過程中，所述陰極室的陰極e0＝-0.6v～-1v(vs.she)。

13、本發(fā)明達到的有益效果：

14、本發(fā)明提供的天然絲氨酸固碳體系包括雙室微生物電化學反應器以及位于所述雙室微生物電化學反應器的陰極室的奧奈達希瓦氏菌；其中，所述奧奈達希瓦氏菌含有絲氨酸。

15、采用該天然絲氨酸固碳體系固碳時，在電力驅動下，當co2從陰極室通入時，首先由甲酸脫氫酶還原成甲酸鹽；再經一系列功能酶作用催化形成絲氨酸和甘氨酸；催化形成的絲氨酸通過多途徑轉化為丙酮酸；最后，丙酮酸通過二氫硫辛酰胺脫氫酶、磷酸乙酰轉移酶和乙酸激酶轉化產生乙酸釋放到細胞外。實現(xiàn)了co2在含有絲氨酸的微生物胞內的轉化代謝，揭示了一個完整的通過天然絲氨酸實現(xiàn)固碳的完整途徑，明確了該固碳途徑的相關蛋白及其編碼基因，有助于對新型固碳微生物的篩選與應用。

16、本發(fā)明提供的固碳方法相較于現(xiàn)有微生物co2轉化的固碳途徑，還具有更高的穩(wěn)定性和可操作性，對現(xiàn)有固碳途徑的一個很大補充，可以為微生物電化學co2轉化技術在co2資源化領域的應用提供更多的理論支持。

技術特征：

1.一種天然絲氨酸固碳體系，其特征在于，所述天然絲氨酸固碳體系包括雙室微生物電化學反應器以及位于所述雙室微生物電化學反應器的陰極室的奧奈達希瓦氏菌；

2.根據(jù)權利要求1所述的天然絲氨酸固碳體系，其特征在于，所述陰極室中的所述奧奈達希瓦氏菌od600為0.1～2。

3.根據(jù)權利要求1所述的天然絲氨酸固碳體系，其特征在于，所述雙室微生物電化學反應器的陽極室的電解液包括2～10g·l-1的kh2po4和0.1～1g·l-1的naoh；且所述陽極室的電解液的ph為6～8；

4.根據(jù)權利要求1所述的天然絲氨酸固碳體系，其特征在于，所述雙室微生物電化學反應器的陽極室和所述陰極室通過質子交換膜分隔。

5.一種如權利要求1～4任一項所述的天然絲氨酸固碳體系的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

6.根據(jù)權利要求5所述的制備方法，其特征在于，在所述轉移步驟之前還包括用所述陰極室的電解液洗滌收集到的所述細菌細胞。

7.根據(jù)權利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述活化的溫度為25～35℃；且所述活化在旋轉搖動的條件下進行；所述活化的時長為18～24h。

8.根據(jù)權利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述lb肉湯培養(yǎng)基包括8～12g/l胰蛋白胨、3～7g/l酵母提取物和8～12g/l氯化鈉溶液。

9.一種固碳方法，其特征在于，在電力供應下，向如權利要求1～7任一項所述的天然絲氨酸固碳體系的陰極室的底部通入co2反應8～16h。

10.根據(jù)權利要求9所述的固碳方法，其特征在于，所述電力供應過程中，所述陰極室的陰極e0＝-0.6v～-1v(vs.she)。

技術總結
本發(fā)明提供了一種天然絲氨酸固碳體系、制備方法及固碳方法，天然絲氨酸固碳體系包括雙室微生物電化學反應器以及位于雙室微生物電化學反應器的陰極室的奧奈達希瓦氏菌；奧奈達希瓦氏菌含有絲氨酸。相比于現(xiàn)有技術，實現(xiàn)了CO<subgt;2</subgt;在含有絲氨酸的微生物胞內的轉化代謝，揭示了一個完整的通過天然絲氨酸實現(xiàn)固碳的完整途徑，明確了該固碳途徑的相關蛋白及其編碼基因，有助于對新型固碳微生物的篩選與應用。本發(fā)明提供的固碳方法相較于現(xiàn)有微生物CO<subgt;2</subgt;轉化的固碳途徑，還具有更高的穩(wěn)定性和可操作性，可以為微生物電化學CO<subgt;2</subgt;轉化技術在CO<subgt;2</subgt;資源化領域的應用提供更多的理論支持。

技術研發(fā)人員：張可菁,石巖,林璋,王玉新,陳健欣,李欣月,石聰燦,彭馳
受保護的技術使用者：中南大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/5/15