为了应对气候变化，寻找碳中和能源变得越来越紧迫。在风能和太阳能等可再生能源的帮助下，从水中产生的绿色氢气是人们寄予希望的解决方案之一。然而，运输和储存这种高爆炸性气体非常困难，世界各地的研究人员都在寻找化学和生物解决方案。一种选择是将氢和 CO2转化为甲酸，即液态有机氢载体。法兰克福歌德大学的一组微生物学家在细菌中发现了一种酶，这种酶在没有空气的环境中，可以直接将氢与二氧化碳结合，从而产生甲酸。这个过程是完全可逆的——这是储存氢气的基本要求。

在深海中发现的这些乙酸细菌以二氧化碳为食，在氢气的帮助下，它们能将二氧化碳代谢成甲酸。在正常情况下，这种甲酸只是它们新陈代谢的中间产物，并进一步生成醋酸和乙醇。分子微生物学和生物能量学系主任Volker教授领导的团队，对这种细菌进行了改造，使其不仅可以在甲酸阶段停止这一过程，而且可以逆转这一过程。“测量到的二氧化碳减少到甲酸和甲酸的速率是有史以来最高的，比其他生物或化学催化剂的许多倍;此外，与化学催化剂不同的是，这种细菌不需要稀有金属或高温高压等极端条件来进行反应，而是在30°C和常压下进行反应，”该基本原理已于2013年获得专利。

这个小组现在有一个新的成功报告：在同样的细菌的帮助下，开发出了一种用于氢储存的生物电池。

对于城市或家庭氢储存，理想的系统是细菌首先储存氢，然后在同一个生物反应器中再次释放氢，并且在很长一段时间内尽可能稳定。Fabian Schwarz在Müller教授的实验室成功地开发了这样一个生物反应器。他给这些细菌喂了8个小时的氢，然后让它们在一夜之间的16个小时中吃氢食物。然后细菌再次释放所有的氢。这个以Acetobacterium woodii（伍氏醋酸杆菌）为生物催化剂的生物基系统，可以实现从CO2加氢生产甲酸双向反应的多重循环。系统持续运行 2 周以上，总共产生和氧化 330 mM 甲酸。通过细菌的代谢工程防止了乙酸等不需要的副产物形成。

亮点

• 首次实现在一个处理单元中双向储存/释放H2的生物基系统
• 超过 2 周的长期表现，多个循环周期
• 基因工程修饰代谢系统以防止不需要的副产物形成
• “生物电池”以甲酸中的 H2形式可逆存储电子

所展示的工艺设计可以被视为未来的“生物电池”，用于在甲酸中以 H2的形式可逆存储电子。

Fabian Schwarz解释道:“这个系统至少稳定地运行了两周。”他很高兴这项工作被《焦耳》杂志接受发表，这是一本关于化学和物理过程工程的杂志。“生物学家在这份重要的期刊上发表论文多少有些不寻常，”Schwarz说。

Volker Müller在他的博士论文中已经研究了这些特殊细菌的特性，并花了多年时间进行基础研究。他解释说:“我感兴趣的是这些最早的生物是如何组织它们的生命过程的，以及它们是如何在缺乏氢和二氧化碳等简单气体的空气中生长的。”由于气候变化，他的研究获得了一个新的、面向应用的维度。他说，令许多工程师感到惊讶的是，生物学可以通过各种可行的方法产生解决方案。