Wastewater-powered high-value chemical synthesis in a hybrid bioelectrochemical system

废水 化学 微生物燃料电池 催化作用 污水处理 生物催化 电化学 生化工程 阳极 组合化学 环境科学 有机化学 电极 环境工程 反应机理 工程类 物理化学
作者
Ranran Wu,Yang-Yang Yu,Yuan-Ming Wang,Yan-Zhai Wang,Haiyan Song,Chunling Ma,Ge Qu,Chun You,Zhoutong Sun,Wuyuan Zhang,Aitao Li,Chang Ming Li,Yang-Chun Yong,Zhiguang Zhu
出处
期刊:iScience [Elsevier]
卷期号:24 (12): 103401-103401 被引量:3
标识
DOI:10.1016/j.isci.2021.103401
摘要

A microbial electrochemical system could potentially be applied as a biosynthesis platform by extracting wastewater energy while converting it to value-added chemicals. However, the unfavorable thermodynamics and sluggish kinetics of in vivo whole-cell cathodic catalysis largely limit product diversity and value. Herein, we convert the in vivo cathodic reaction to in vitro enzymatic catalysis and develop a microbe-enzyme hybrid bioelectrochemical system (BES), where microbes release the electricity from wastewater (anode) to power enzymatic catalysis (cathode). Three representative examples for the synthesis of pharmaceutically relevant compounds, including halofunctionalized oleic acid based on a cascade reaction, (4-chlorophenyl)-(pyridin-2-yl)-methanol based on electrochemical cofactor regeneration, and l-3,4-dihydroxyphenylalanine based on electrochemical reduction, were demonstrated. According to the techno-economic analysis, this system could deliver high system profit, opening an avenue to a potentially viable wastewater-to-profit process while shedding scientific light on hybrid BES mechanisms toward a sustainable reuse of wastewater.
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