中研院打造人工固碳循環 超越植物光合效率

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上:人工固碳途徑示意圖;下:反應器及光學設備等,由中研院跨領域團隊(物理所、應科中心)協助打造。
上:人工固碳途徑示意圖;下:反應器及光學設備等,由中研院跨領域團隊(物理所、應科中心)協助打造。

▲上:人工固碳途徑示意圖;下:反應器及光學設備等,由中研院跨領域團隊(物理所、應科中心)協助打造。

中研院長廖俊智費時七年,與團隊成功打造出人工固碳循環,效率超越植物光合作用,且能將二氧化碳轉化為再利用的化學品。廖院長表示,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六小時,為目前人工固碳效率最高的方法。

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二○五○年淨零碳排的關鍵。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。因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。中研院的人工固碳循環設計比光合作用更快,將有助負碳技術研發,解決全球暖化問題。

中研院院生物化學研究所博士林柏亨表示,首先,為解決植物固碳�也會與氧結合的問題,團隊選取兩種不受氧氣影響的固碳�,再加上十九個微生物酵素�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�,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。

據瞭解,所設計的人工固碳循環是一種負碳技術,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。「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」,如森林、土壤、海洋等。」

此項研究配合光學即時監控以及輔�(ATP、NAD(P)H及FAD)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可用來製造多種化學原料,取代石化產品或藥品、食品。

廖院長指出,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。