Optimization strategies for CO2 biological fixation

固碳 生化工程 计算机科学 固定(群体遗传学) 环境科学 工艺工程 生物 化学 二氧化碳 生态学 工程类 生物化学 基因
作者
Xiutao Liu,Linqing Li,Guang Zhao,Peng Xiong
出处
期刊:Biotechnology Advances [Elsevier]
卷期号:73: 108364-108364 被引量:5
标识
DOI:10.1016/j.biotechadv.2024.108364
摘要

Global sustainable development faces a significant challenge in effectively utilizing CO2. Meanwhile, CO2 biological fixation offers a promising solution. CO2 has the highest oxidation state (+4 valence state), whereas typical multi‑carbon chemicals have lower valence states. The Gibbs free energy (ΔG) changes of CO2 reductive reactions are generally positive and this renders it necessary to input different forms of energy. Although biological carbon fixation processes are friendly to operate, the thermodynamic obstacles must be overcome. To make this reaction occur favorably and efficiently, diverse strategies to enhance CO2 biological fixation efficiency have been proposed by numerous researchers. This article reviews recent advances in optimizing CO2 biological fixation and intends to provide new insights into achieving efficient biological utilization of CO2. It first outlines the thermodynamic characteristics of diverse carbon fixation reactions and proposes optimization directions for CO2 biological fixation. A comprehensive overview of the catalytic mechanisms, optimization strategies, and challenges encountered by common carbon-fixing enzymes is then provided. Subsequently, potential routes for improving the efficiency of biological carbon fixation are discussed, including the ATP supply, reducing power supply, energy supply, reactor design, and carbon enrichment system modules. In addition, effective artificial carbon fixation pathways were summarized and analyzed. Finally, prospects are made for the research direction of continuously improving the efficiency of biological carbon fixation.
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