导读：垃圾填埋场和污水处理厂在产生甲烷副产品时，大部分都被直接燃烧掉，白白浪费了价值。事实上，甲烷是一种富含能量的资源，可以回收利用，制成燃料、化工原料或生物产品。捕获并转化废弃甲烷，为从原本会被浪费的气体流中回收能量并创造有用产品提供了契机。
2026年9月24日，来自劳伦斯利弗莫尔国家实验室 (LLNL) 的研究人员开发了一种晶格支架结构的3D 打印固态生物反应器，可以将废弃甲烷转化为琥珀酸，琥珀酸是一种用于制造聚合物、稳定药物和为食品增添风味的化学物质。
△这些支架可以将微生物固定到位，为传统的液基反应提供了一种替代方案。
这种新方法以题为“Solid-state bioreactors forefficient energy recovery from gaseous waste streams”的论文发表在《科学报告》上。
据研发团队称，这种晶格支架系统的性能比传统的液态系统高出 10 倍以上，同时消耗的功率更少。垃圾填埋场和污水处理厂产生的甲烷通常被燃烧，导致能量损失。研究人员建造这种反应器是为了回收这种气体，将其用作燃料、化学原料或生物产品。
劳伦斯利弗莫尔国家实验室 (LLNL) 科学家、本研究的通讯作者方倩说：“利用难溶性气体进行生物生产长期以来受到传质缓慢和效率低的限制，因为传统的液相生物反应器不太适合气体发酵。”
研究团队打印出薄的晶格支架，并在薄壁上填充了含有甲烷氧化菌（一种天然消耗甲烷的细菌）的水凝胶。劳伦斯利弗莫尔国家实验室的科学家内森·埃勒布拉赫特说道：“我们没有使用那种往大罐‘培养液’里注入气体，而是制造了这些被称为支架的薄结构。它们是用3D打印技术制造的，具有晶格结构，我们将微生物放入填充这些极薄壁的水凝胶中。”
劳伦斯利弗莫尔国家实验室 (LLNL) 的工程师哈维·格梅达 (Hawi Gemeda) 表示，实验室的增材制造能力使团队能够将材料选择、打印方法、几何设计和性能建模整合到一个工作流程中，而且打印技术还能快速制作不同尺寸的原型。研究团队最初使用两毫升的反应釜，后来将容量扩大到一升。虽然装置还需要进一步扩大规模才能在实际应用中使用，但小巧的尺寸最终可能成为一项优势。劳伦斯利弗莫尔国家实验室的科学家萨曼莎·鲁埃拉斯表示，微生物在无需额外加热或加压的情况下即可完成转化，与化学工艺相比，这可以降低成本。
埃勒布拉赫特说道：“从经济角度来看，化工厂只有大规模生产才能盈利。对于规模较小的垃圾填埋场或污水处理厂来说，目前还没有真正有效的、可以缩小规模的解决方案。我们的方法可以应用于小型工厂，并帮助他们从中获得价值。”这种新型支架结构也可能对其他类型的细胞和生化转化有用。方倩补充说，研究团队正在将固态概念扩展到其他生物过程，包括有氧糖发酵，其中氧气传质仍然是一个瓶颈。这项工作是与洛杉矶国家实验室、类星体能源集团和北德克萨斯大学的合作者共同完成的。它得到了实验室定向研发项目、劳伦斯利弗莫尔国家实验室创新与合作办公室以及美国能源部技术商业化基金的支持。
来源：南极熊
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