Conversión ultrarrápida de CO2 en C3-C4 en un sistema de biosíntesis sinérgico electroquímico y asistido por IA

Área de la Ciencia:

• Ingeniería Química
• Biología sintética
• La electroquímica

Sus antecedentes:

• La conversión de CO2 en productos químicos de alto valor es deseable pero técnicamente difícil.
• La síntesis eficiente de diolos C3+ de importancia industrial a partir del CO2 sigue siendo un obstáculo importante.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar un sistema en cascada de electroquímica-biosíntesis con carbono negativo para la conversión directa de CO2 en diolos C3-C4.
• Para lograr altas productividades en la síntesis de 1,3-propanediol (1,3-PDO) y 1,3-butanediol (1,3-BDO) a partir de CO2.

Principales métodos:

• Plataforma integrada que combina la reducción electroquímica de CO2 catalizada por CuZn con un módulo biocatalítico.
• Utilizó una membrana J-T para la acumulación de etanol y diseñó variantes * Thermotoga maritima * DERA (S233D / F43T) con IA y diseño racional.
• Se emplean estudios espectroscópicos in situ y simulaciones de dinámica molecular para comprender los mecanismos de reacción y la ingeniería enzimática.

Principales resultados:

• Se obtiene una alta producción de etanol (1 200 μmol h-1 cm-2) mediante la reducción electroquímica de CO2 a - 1 100 mA cm-2.
• Las variantes DERA diseñadas permitieron la producción de 1,3-PDO a 1,8 g de L-1 h-1 y la producción de 1,3-BDO a 1,0 g de L-1 h-1.
• Se ha demostrado una alta acumulación de etanol (4,6 g L-1 h-1) debido a la prevención eficaz del cruce.

Conclusiones:

• Estableció un paradigma escalable para la síntesis de diolos multicarbono directamente a partir del CO2.
• Ha conseguido unir con éxito la electrocatálisis y la biología sintética para una producción química sostenible.
• El sistema desarrollado ofrece una vía prometedora para la fabricación de productos químicos valiosos sin emisiones de carbono.