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比光合作用更快的負碳途徑

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。目前大氣中的二氧化碳主要是經由植物的光合作用轉化為生物材質 (又稱為固碳)、而達到負碳效果。但是由植物的光合作用達成負碳目標有幾個挑戰:  (1) 白天經由光合作用轉化的二氣化碳,其中一半又經夜晚的呼吸作用釋放出來; (2) 植物只在生長期有明顯固碳作用,過了生長期之後固碳作用就明顯降低; (3) 植物的固碳酶會受到環境中氧氣的影響,產生所謂「光呼吸」作用,而減低固碳的效率。因此我們設計了一個比自然界的固碳循環更快的合成固碳途徑。此途徑利用了2個不受氧氣影響的固碳酶,及其他共19個微生物酵素(酶)共同組合而成,因此避開了光呼吸作用的問題。此外我們也嘗試在試管中進行固碳作用,以探討如何不受植物生長期影響之固碳效率。

配合光學即時監控以及輔酶(ATP、NAD(P)H及FAD)的再生,此合成固碳途徑可將二氧化碳轉化成Acetyl-CoA 、pyruvate及malate。這些產品為生物反應中最主要的先驅物,可轉化成多種化學原料,取代石化產品或藥品、食品。目前我們已經可以在實驗室的反應器中,做到比植物光合作用更快的固碳速度,並可維持六小時。此研究證明生物固碳可藉由人為方式而加以增進其速率。

此研究由本院永續科學研究計畫支持。共同第一作者為廖俊智特聘研究員實驗室的專案研究人員林柏亨博士;通訊作者為廖俊智院長。研究團隊還包含應用科學中心的陳祺助研究員及其團隊。

研究成果已於2月24日發表於Nature Catalysis. 論文名稱:“A cell-free self-replenishing CO2-fixing system”

論文網站:https://www.nature.com/articles/s41929-022-00746-x

作者群:Luo S, Lin PP, Nieh LY, Liao GB, Tang PW, Chen C, Liao JC*

相關網站:中研院新聞稿新聞報導

更新時間:2022.03.07

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