可再生电力的普及程度正在显著提高，使得低成本、大规模的能源存储变得至关重要。与此同时，未来几十年对二氧化碳封存和碳氢化合物燃料的需求可能还会增加。光合作用为大规模的太阳能和二氧化碳储存提供了模板，但其效率较低。

有鉴于此，康奈尔大学的Buz Barstow等人，开发出一种可以计算微生物效率的理论，这些微生物可以吸收电能和储存二氧化碳作为生物燃料，其效率比光合作用更高。

本文要点

1）概述了10个方案，包括重新设计具有高效CO₂固定功能的直接电子吸收微生物；以及扩大H₂氧化微生物系统以存储兆瓦级的电力；利用直接电子吸收微生物制造高导电性人工生物膜，实现高功率密度电存储；以及利用电子吸收来吸收电化学二氧化碳还原的工程微生物。

2）微生物生产旨在将电能和微生物代谢结合起来，以存储太阳能和电能。已经构建了使用H₂氧化和直接电子转移（DET）的高度工程化的微生物生产系统的分子反应器模型。预测，通过体内二氧化碳固定工程，电到生物燃料的转换效率将提高到52％。H₂在环境压力下的扩散所需要的面积是为系统供电的太阳能光伏（PV）面积的20至2000倍。搅拌可以将其降低到PV面积以下，而存储≥1.1兆瓦时所需的电能可以忽略不计。

3）DET系统的构建面积可以小于PV面积的15倍，即使使用天然的导电生物膜，其能量损失也很低；如果可以提高导电率以匹配导电的人造聚合物，则DET系统的尺寸甚至可以更小。使用电化学二氧化碳还原的方案可以实现几乎50％的效率，而不会增加对氧气的敏感性。

参考文献：

Farshid Salimijazi et al. Constraints on the Efficiency of Engineered Electromicrobial Production. Joule, 2020.

DOI: 10.1016/j.joule.2020.08.010

https://doi.org/10.1016/j.joule.2020.08.010