Bioelectrochemical transformation of carbon dioxide to target compounds through microbial electrosynthesis

Abstract

In 2015 the average concentration of CO2 in the atmosphere exceeded 400 ppm. Some technologies, including CO2 capture and storage, are palliative. However, the development of alternatives to burning of fossil fuels focuses on the base of the problem and proposes substantial changes in the energy model. This thesis proposes the use of bioelectrochemical systems to transform CO2 into valuable products. This process is known as microbial electrosynthesis, and is based on the use of bacteria able to use the electrode as an electron donor (biocathode) to drive CO2 reduction. The results show that the production of hydrogen as intermediate is key to allow further CO2 reduction. This thesis has proven methane production, and organic liquid compounds of two (acetic acid) and four (butyric acid) carbons. The results invite to continue investigating to exploit all the potential of BES and enable its industrial scalability

El 2015 la concentració mitjana de CO2 a l’atmosfera va superar per primera vegada les 400 ppm. Algunes tecnologies, com la captura i emmagatzematge de CO2, són pal·liatives. En canvi, el desenvolupament d’alternatives a la crema de combustibles fòssils van a l’arrel del problema i proposen canvis substancials en el model energètic. Aquesta tesi planteja l’ús dels sistemes bioelectroquímics per transformar el CO2 en productes amb valor afegit. Aquest procés es coneix com electrosíntesi microbiana, i es basa en la utilització de bacteris capaços d’utilitzar l’elèctrode com a donador d’electrons (biocàtode) per portar a terme la reducció de CO2. Els resultats demostren que la producció d’hidrogen com a compost intermedi es la clau per poder portar a terme la reducció de CO2. Aquesta tesi ha demostrat la producció de metà, i compostos líquids orgànics de dos (acid acètic) i quatre (acid butíric) carbonis. Els resultats esperonen a continuar investigant per aprofitar tot el potencial dels BES i fer possible la seva escalabilitat industrial