柴油动力车辆会产生大量碳排放，对实现脱碳目标是一项挑战。据外媒报道，圣路易斯华盛顿大学（Washington University in St. Louis）麦凯维工程学院（McKelvey School of Engineering）、密苏里大学（University of Missouri）和得克萨斯农工大学（Texas A&M University）的研究人员利用二氧化碳（CO2）电催化技术来制造电生物柴油，比生产大豆基生物柴油的效率提高了45倍，且占地面积减少45倍。相关研究发表在期刊《焦耳（Joule）》上。
（图片来源：cell.com）
研究人员Joshua Yuan表示：“这一创新理念可应用于循环经济，以远超光合作用的效率来生产负排放燃料、化学品、材料和食品成分，而且比石化产品的碳排放少。通过了解使用双原子碳（diatomic carbon）的代谢和生化限制，我们已系统解决电-生物制造方面的挑战，并突破了这些局限性。”
该团队通过电催化（由催化剂表面反应物之间的电子转移引发的化学反应）将二氧化碳转化为生物相容性中间体，如醋酸盐和乙醇。这些中间体随后被微生物转化为脂类或脂肪酸，最终成为生物柴油原料。
新型微生物和催化剂工艺可将二氧化碳转化为脂类，使电生物柴油能够达到4.5%的太阳能-分子（solar-to-molecule）效率，比生物柴油的效率高得多。Yuan表示，陆地植物的自然光合作用通常低于1%，通过将CO2转化为植物生长所需的各种分子，其中不到1%的阳光能量转化为植物生物质。“转移到生物柴油前体脂质的能量甚至更低，因为脂质的能量强度高。与之相反，当利用太阳能电池板发电以驱动电催化时，电生物柴油工艺可以将4.5%的太阳能转化为脂质，比自然光合过程要高得多。”
为了促进电催化过程，该团队设计了一种新的锌和铜基催化剂，可以产生双原子碳中间体，利用约氏红球菌（RHA1）的工程菌株转化为脂质。该菌株已知能产生高脂质含量；还提高了乙醇的代谢潜力，这有助于促进中间体乙酸盐转化为脂肪酸。
该团队分析新电生物柴油工艺对气候变化的影响，并获得良好结果。通过使用可再生资源进行电催化，该工艺每生产一克电生物柴油（由生物质、乙烯等副产品制成）可减少1.57克CO2，因此具有负排放潜力。相比之下，在利用石油生产柴油的传统方法中，每生产一克脂质会产生0.52克CO2，而生物柴油生产方法每生产一克脂质会产生2.5-9.9克CO2。
Yuan表示：“这项研究证明了一个适合广泛平台的概念，可以将可再生能源高效地转化为化学品、燃料和材料。该工艺可以缓解生物柴油原料短缺的问题，帮助依赖化石燃料的领域实现对化石燃料的独立，如远程重型车辆和飞机，在大范围内改变可再生燃料、化学和材料制造。”
