比光合作用更快! 中研院費時7年,成功打造「人工固碳循環」

by 環境資訊中心
排放廢氣的工廠

【 TheNews 私房話 】

為達到淨零碳排的目標,中研院表示人工固碳循環正是一種負碳技術,能進一步將二氧化碳轉換為可再利用的化學品,最終目標則得以解決全球暖化的問題。(責任編輯:高淨豐)


文 / 整理:劉庭莉(環境資訊中心記者)

中央研究院院長廖俊智與團隊費時七年,成功打造超越植物光合作用效率的人工固碳循環,且能將二氧化碳轉化為再利用的化學品。研究成果已於今年2月發表於著名國際期刊《自然催化》(Nature Catalysis)。廖俊智表示,此循環為目前人工固碳效率最高的方法,可在實驗室反應器中維持六小時,是人類史上第二次創造出與自然界不同的固碳循環。

人工固碳循環示意圖
人工固碳循環示意圖。圖片來源:中研院提供

比光合作用有效率 人工固碳循環解決三大限制

中研院昨(7)發布新聞稿指出,目前空氣中捕碳最有效的方式為「固碳」(carbon fixation),過程主要是經由植物行光合作用,將大氣中的二氧化碳轉化為有機化合物。而如今科學家設計出一個比光合作用更有效率的人工固碳途徑,將有助於負碳技術的發展,解決全球暖化問題。

論文共同第一作者為中研院生物化學研究所博士林柏亨,通訊作者為廖俊智,研究成員包括中研院應用科學研究中心研究員陳祺助及其團隊。

林柏亨說明,大自然光合作用有三大限制,首先,為解決植物固碳酶(RuBisCO)也會與氧結合的問題,他們選取二種不受氧氣影響的固碳酶,再加上19個微生物酵素(酶)共同組合而成,排除「光呼吸」(photorespiration)作用干擾。

此外,植物只在生長期有明顯固碳效果,且白天捕捉的二氧化碳,有一半會經夜晚的呼吸作用釋放,林柏亨解釋,人工固碳途徑只利用微生物體內的酶,而不使用整個微生物,故能不受植物細胞生長期限制與呼吸作用影響,打造高效的固碳效率。

有助於負碳技術發展 人工固碳為淨零碳排關鍵

面對氣候變遷的嚴峻挑戰,除新增再生能源外,以負碳技術增加碳匯[1],將是達到2050年淨零碳排的關鍵。林柏亨說明,團隊所設計的人工固碳循環正是一種負碳技術,能進一步將二氧化碳轉換為可再利用的化學品,不但減少碳排,同時也可以增加碳匯。

中研院跨領域團隊協助打造反應器及光學設備等
中研院跨領域團隊協助打造反應器及光學設備等。圖片來源:中研院提供

林柏亨認為,跨領域資源的協助至關重要。研究團隊畫設計圖,由物理所機械工廠製作反應器,到應科中心團隊協助建置光學系統,有效監控輔酶再生,讓團隊得以完成此項突破性成果。

研究配合光學即時監控以及輔酶再生,提供持續固碳的能量,不斷將二氧化碳轉化為多種常見的化學先驅物(acetyl-CoA、pyruvate及malate),可用來製造多種化學原料,取代石化產品或藥品、食品。廖俊智指出,研究開創新的反應器固碳途徑,可於室溫環境中進行,彈性運用於不同的場域;未來可配合電化學反應,以綠電達成碳再利用的負碳效果。

註釋

[1] 碳匯(carbon sink)是能夠儲存碳化合物(特別是二氧化碳)的天然或人工「倉庫」,例如森林、土壤、海洋等。


(本文經合作夥伴 環境資訊中心 授權轉載,原文標題:【比光合作用更快! 中研院打造「人工固碳循環」二氧化碳可變化學品】,首圖來源:Petr Chutny