近日，hbs红宝石平台白凤武教授研究团队在化学工程领域顶刊Chemical Engineering Journal发表题为A double-chamber microbial electrolysis cell improved the anaerobic digestion efficiency and elucidated the underlying bio-electrochemical mechanism的研究成果。生命科学技术学院刘晨光副教授为论文的通讯作者，博士生敖天杰为论文的第一作者。

绿色生物制造以木质纤维素为原料，具有低碳可再生的优点，但是高固含物的废水处理成为影响其过程经济性的主要难点。电化学厌氧系统（MEC-AD）仅需提供少量电能即可显著提升发酵性能。然而，之前MEC-AD研究大多使用单腔电化学反应器，由于阴阳两极共处一室，不仅无法明确两极各自的贡献，还存在物料和菌种混流影响发酵效率的问题。团队首次使用双腔构造分隔MEC-AD系统阴极与阳极，探究两极各自的功能微生物群落迁移变化及对厌氧消化系统的影响（图1）。在外加电压0.6 V时，系统甲烷产量提高了80.4%。阳极富集的肠球菌（Enterococcus）等电活性细菌加速了秸秆降解，增强了阳极腔中以产甲烷八叠球菌（Methanosarcina）为主的混合营养性产甲烷过程。阴极腔中肠球菌和产甲烷杆菌（Methanobacterium）通过微生物种间直接电子传递的方式进行互营共生，增强了氢营养性产甲烷过程。

图1. 双腔电化学厌氧系统（MEC-AD）提升秸秆废水厌氧消化性能及其机理解析

团队长期针对木质纤维素利用的瓶颈问题展开研究，2023年，刘晨光已陆续发表了系列研究工作，如开发了高产琥珀酸的谷棒杆菌进行碳固定（Bioresource Technol  2023, 378, 128991）、采用人工智能算法优化混合糖发酵工艺（Bioresource Technol  2023, 385, 129375）、使用电能驱动提升运动发酵单胞菌的乙醇生产性能（ACS Sustainable Chem Eng 2023, 11, 2364-74）。这些研究为降低木质纤维素糖成本、提升全产业链经济指标做出了贡献。

该研究获得国家重点研发计划（2021YFC2101300）和国家自然科学基金委员会（21978167）的资助。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.144228