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创新的气候解决方案: 生物反应器在碳减排中的作用

关键词:生物反应器 温室气体 HEL 绿绵科技
时间:2024-06-24 16:50:54

  在社交媒体上有越来越多的趋势,人们在他们的bios中添加了这样的词: “出生在xxx ppm。”但这意味着什么呢?号码是CO2浓度以百万分之一 (ppm) 为单位。自工业革命以来,这一价值一直在增加。二氧化碳可以保留热量,因此这种气体的积累会增加温度。从1880到1980年,地球的平均表面温度每十年上升 0.07°C(0.13°F),1981年,这个值已经达到每十年增加0.18°C。这种 “全球变暖” 的后果已经可以感受到:太平洋西北地区前所未有的2021热浪,伦敦达第一次2022年到40°C ,被称为地球上有记录以来最热的月份。

  CO只是碳在自然界中采取的无数形式之一。该元素出现在不同的化学物质中,其循环在生物和地质形式之间保持平衡 (碳生物地球化学循环)。例如,火山爆发和野火等过程可以将这种元素作为二氧化碳释放到大气中。藻类,蓝细菌和植物等生物将修复此CO2它们的生物量。其他微生物也可以使用化学能代替光来产生有机物 (化学营养素)。例如,由于呼吸作用,一部分有机物会再次变成二氧化碳,但是由于地质过程,大部分有机物会被掩埋,从而重新开始循环。

  但是,人类活动通过增加包括CO在内的温室气体的排放来破坏这种自然循环。2。储存在煤、石油和木材等不可再生资源中的碳由于燃烧过程释放的能量而释放到大气中。在工业革命之前,大自然在平衡大气中温室气体的浓度方面非常有效。工业和日常生活中对能源的需求不断增加,导致使用燃烧过程来燃烧煤,汽油和木材,从而将温室气体排放到大气中。其中,87% 总量是通过燃烧化石燃料产生的,9% 与森林砍伐和土地利用变化有关,其余4% 是工业过程量。在工业革命之前,大自然在保持浓度平衡方面非常有效。

  脱碳战略: 利用技术和自然创造更绿色的未来

  不同的机构,包括国家和国际立法机构,实施脱碳战略,试图阻止其积累并减缓气候变化。脱碳是去除或减少CO2输出到大气中。有多种方法可以实现脱碳,例如,从可再生资源中生产甲烷,用碳氢化合物气体 (例如甲烷或沼气) 代替氢气,或捕获CO2。

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  最后一种方法可以从化学或地质的角度进行 (碳矿化),其中二氧化碳与某些碱性矿物反应形成碳酸盐作为产物。这些矿物质可以被掩埋,积极地去除碳。

  但是生物反应器也可以用于脱碳吗?答案很简单: “是”。生物技术方法利用活生物体的力量来生产服务和商品,微生物的高度多功能性意味着它们在许多方面在脱碳中起着至关重要的作用。

  生物是使用自养生物 (能够从无机来源产生自己的有机物的生物),光合作用或化学营养。一些应用涉及藻类的使用 (例如小球藻和螺旋藻) 积累固定碳作为脂质。这些脂质可以被加工以生产生物燃料。其他一些生物,尤其是基因工程生物,可以将碳重新代谢并转化为高价值产品,例如异丙醇。产甲烷是另一种潜在的脱碳方法。甲烷生产是分解过程的最后一步。在这种情况下,废物 (农业废物,废水) 可以在生物反应器中处理。复杂的有机物被微生物活动分解,产生较小的分子,最终转化为气态混合物。气体混合物可以用作能源,避免不可再生的气体源。这两种方法都导致废物的减少和可再生燃料的产生。它不依赖于化石燃料的提取和燃烧,破坏碳的生物地球化学循环,而是使用已经容易获得的副产品。

  目前正在开发一些其他更奇特的应用,例如微生物燃料电池,其中诸如Geobacter或Shewanella的生物可以在电池的阳极中形成生物膜 (由微生物电池和有机基质组成的3D生物结构)。然后可以将诸如废水的有机废物供应到电池。生物活性是基本化学,因此这种电池可以像传统电池一样利用这种转换和电源电路。

  “出生在xxx ppm” 这句话清楚地提醒了我们大气成分的快速变化以及应对气候变化的压力。包括CO在内的温室气体浓度增加,由于天然碳生物地球化学循环的破坏而导致的全球变暖及其相关的环境影响。然而,创新的解决方案提供了一些希望,例如将生物反应器用于脱碳策略。微生物的多功能性开辟了许多可能性: 从藻类生产可再生燃料到制造微生物燃料电池,这些生物技术应用可以显着促进CO2的减少排放。从化石燃料向可再生资源的转变以及副产品的有效利用不仅有助于平衡碳循环,而且还促进了可持续发展。

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  随着我们的前进,我们必须继续探索和投资这些技术。政府,行业和个人在促进和采用这些创新方面的共同努力至关重要。应对气候变化已经成为一场与时间赛跑,我们采取的每一项行动都将决定我们留给子孙后代的遗产。因此,“出生在xxx ppm” 不仅是对意识的呼吁,也是对全球挑战的统一回应,鼓励我们现在就采取行动,创造一个更美好、更可持续的未来。

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