Steering CO2 bio-electrocycling into valuable compounds through inline monitoring of key operational parameters

Abstract

Microbial Electrochemical Technologies (METs) are a promising alternative for capturing and in-situ reducing CO2 through the use of renewable electricity. Microorganisms grown in autotrophic conditions use CO2 as an electron acceptor and an electrode provides them electrons in the form of electricity. In this process, known as microbial electrosynthesis (MES), different compounds are produced depending on the metabolic possibilities of the microorganisms present in the system. The potential of this technology is high: a culture enriched with selected electroactive microorganisms is able to effectively transform CO2 into high value-added compounds. This Doctoral Thesis investigated reliable operational procedures for the monitoring of the performances of METs to produce suitable substrates for economically viable downstream applications. The cathodes of two different designs of bioelectrochemical systems (BESs) were inoculated with an enriched culture of a carboxydotrophic strain and were operated until stable conversion of CO2 into acetate, ethanol and small amounts of butyrate.

Les tecnologies microbianes electroquímiques (METs) són una alternativa prometedora per capturar i reduir in situ el CO2 a través de l’ús d’electricitat renovable. Microorganismes cultivats en condicions autotròfiques usen CO2 com a acceptor d’electrons i un elèctrode aporta electrons en forma d’electricitat. En aquest procés, conegut com a electrosíntesi microbiana (MES), es produeixen diferents compostos en funció de les possibilitats metabòliques dels microorganismes presents al sistema. El potencial d’aquesta via és alt: un cultiu enriquit de microorganismes electroactius seleccionats pot fer possible la transformació del CO2 en compostos d’alt valor afegit. En aquesta tesi s'han estudiat diferents paràmetres d'operació que a través d'un monitoratge exhaustiu durant la transformació de l'CO2 mitjançant reactors MET. Es van utilitzar dos dissenys de reactor diferents (tubular i pla) de sistemes bioelectroquímics (BES; sigles en anglès) que van ser inoculats amb un cultiu enriquit amb una soca carboxidotrófica electroactiva i es van operar fins aconseguir l’electro-conversió estable de el CO2 en acetat, etanol i petites quantitats de butirat.