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比光合作用更快!中研院成功打造人工固碳循環 登上國際期刊

比光合作用更快!中研院成功打造人工固碳循環 登上國際期刊
反應器及光學設備等,皆為中研院跨領域團隊(物理所、應科中心)協助打造。

數位內容部

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中研院提供

2022-03-07 21:50

中央研究院廖俊智院長費時7年,與團隊成功打造人工固碳循環,超越植物光合作用的效率,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,這是人類史上第二次創造出與自然界不同的固碳循環,此循環可在實驗室反應器中維持6小時,為目前人工固碳效率最高的方法。

目前大氣中的二氧化碳,主要是經由植物行光合作用轉化為有機化合物,此過程稱為「固碳」(carbon fixation),是目前空氣中捕碳最有效的方式,但是其速度仍不夠快。

 

大自然光合作用有三大限制,首先,其所伴隨的固碳過程,是透過植物吸收陽光,以固碳酶(RuBisCO)來固定二氧化碳,並轉化為有機碳儲存在植物體內。但這種固碳酶會受到環境中氧氣影響,產生光呼吸(photorespiration)作用,降低固碳效率。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,其中一半又經由夜晚的呼吸作用釋放出來,也讓固碳效率打折扣。

 

廖俊智研究團隊、中研院生物化學研究所林柏亨博士表示,團隊設計出一個比光合作用更有效率的人工固碳途徑。首先,為解決植物固碳酶也會與氧結合的問題,他們選取2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」作用干擾。

 

此外,此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。

 

為解決日益嚴重的二氧化碳問題,除了要加緊佈建無碳再生能源之外,如何以負碳技術增加碳匯將是達到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。

 

廖俊智指出,此研究開創了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。

 

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