反向燃燒

2012年10月，美國加州大學洛杉磯分校薩繆里工程與應用科學學院的研究人員進行了一項非常有意義的實驗，使二氧化碳實現了“反向燃燒”和“閉合循環”。研究人員對一種名為富養羅爾斯通氏菌H16的微生物進行了基因改造，使用二氧化碳作為單一碳來源，電力作為唯一的能量輸入，在電子生物反應器中生產出異丁醇和異戊醇。

由此人們既可以生產像汽油一樣的燃料，同時又能保護現有的基礎設施，在一定程度上緩解全球變暖危機。

電氣化學中甲酸鹽的（高溫高壓酶催化）生成，生物學中二氧化碳的固定，以及高級醇的合成，都為電力驅動二氧化碳向多種化學物質的生物轉化開啟了可能。此外，甲酸鹽轉化為液體燃料也將在生物質煉製過程中發揮重要作用。

幾項技術的研究都是希望在降低溫室氣體的主要成分二氧化碳的同時產生高附加值的化學物質或者生物質燃料。這樣的研究思路為的是緩解全球性的氣候變暖，加快生態系統的碳循環，同時要解決化石燃料使用帶來的一系列問題。

電氣化學中的甲酸鹽的生成主要是利用高溫高壓條件下的酶催化反應實現，而生物學中的二氧化碳固定也是由一系列的酶催化反應實現，只是這個過程相比較於電氣化學更溫和。在這兩個過程中都涉及到了電子的轉移和傳遞過程，因此通過電力驅動電子的轉移，轉向的電子受體不同就會產生不同的化學物質。在電化學的過程中，酶催化反應的速度很快，但是不穩定；而生物學的過程中，酶催化反應穩定但速度慢。因此，通過生物學與電化學的互補性研究，才推動了這個領域的發展。

加州大學洛杉磯分校的研究人員的這個實驗就是通過一種電生物反應器來將電能轉化為液體燃料，整個過程類似於生物系統的光合作用。與植物的光合作用一樣，富養羅爾斯通氏菌H16通過卡爾文循環固定二氧化碳。

它工作的方式很像生活中的汽車自動裝配生產線：富養羅爾斯通氏菌H16利用乙醯輔酶A（看做是活化了的乙酸）作為流水線的傳送帶和自動機器人手，以二氧化碳作為原料或零件，將其拼裝成4個碳或5個碳的含高能量的有機化合物，最終形成如異丁醇和異戊醇等有機化合物或高分子化合物。

通過把生物光合作用的兩大部分分開進行來製造新燃料的：首先，利用太陽能電池板將太陽能轉化為電能，產生甲酸完成光反應。然後，再利用中間體，也就是之前生成的甲酸來驅動富養羅爾斯通氏菌H16固定二氧化碳產生燃料，實現暗反應。

這項技術將二氧化碳轉化出來的產物主要是異丁醇和異戊醇。

異丁醇是四個碳的醇，它可作為平台化學品，具有廣泛的用途，可生產約40%的石化產品和100%的烴類燃料。所以說異丁醇可作為一種替代汽油的內燃機燃料。另外它還可以用於製造汽油添加劑、石油添加劑、抗氧劑、2,6-二叔丁基對甲酚、乙酸異丁酯（塗料溶劑）、增塑劑、合成橡膠、人造麝香、果子精油和合成藥物等。

異戊醇與亞硝酸鈉酯化得到亞硝酸異戊酯，是作用最快的亞硝酸酯類短效血管擴張劑。異戊醇也用來合成鎮靜催眠葯溴米那、阿米妥。異戊醇還可作溶劑和化學分析的試劑，也用作生產增塑劑、攝影藥品的原料。它還是燃料油的組分。

電能是一種乾淨無污染的能源，用電能取代汽油驅動各種機器是大家共同的心愿。一般使用鋰離子電池來儲存電力，存儲密度很低，但當以液態形式存儲燃料時，存儲密度能顯著提升，並且新方法還具備利用電力作為運輸燃料的潛力，而無需改變現有的基礎設施。加州大學這次提出的將電能儲存為高級醇形式的化學能的方式，就可能為這個領域的發展開闢一條新路。

隨著原油儲量的逐漸減少，汽油的價格也在持續地上漲，所以像這類的“生物煉油廠”是絕對值得人類投入精力財力來開發的。總而言之，依靠二氧化碳實現“反向燃燒”和“閉合循環”的效益是無比誘人的。由此，人們既可以生產像汽油一樣的燃料，同時又能保護現有的基礎設施。