浙江
全球每年有近1000 Tg（百億公斤）的甲烷被排放到大氣中，其中約20%來自油氣井、垃圾填埋場等人為點源。甲烷的溫室效應是二氧化碳的20倍以上，但這些分散的小規模排放源往往缺乏基礎設施來收集利用。自然界中存在好氧和厭氧的甲烷氧化微生物，好氧菌需要氧氣且產生二氧化碳，而厭氧菌雖能直接利用甲烷，卻至今沒有獲得純培養物，限制了技術開發。
日前，一項發表于《生物技術趨勢》（Trends in Biotechnology）的研究給出了新思路。山東大學環境研究院閆震教授團隊完成了題為《逆轉產甲烷古菌以減排甲烷并生成增值產品》的工作。研究團隊以實驗室可培養的產甲烷古菌“乙酸甲烷八疊球菌”為底盤，通過代謝工程改造，讓它“倒著運行”原本產甲烷的代謝通路，轉而消耗甲烷，并產出乙醇和甲酸這兩種高價值化學品。
研究人員首先向菌株中導入了來自丙酮丁醇梭菌的兩個關鍵基因：一個編碼雙功能醛/醇脫氫酶，負責將乙酰輔酶A兩步還原為乙醇；另一個編碼鐵氧還蛋白-NADH氧化還原酶，用于再生反應所需的還原力NADH。在甲烷為唯一碳源、水合氧化鐵為電子受體的條件下，改造后的菌株成功啟動了鐵依賴性厭氧甲烷氧化。同位素示蹤實驗證實，產物乙醇中的碳確實來自甲烷。靜態培養數據顯示，甲烷衍生的碳中，乙醇占比達到36.4%，甲酸占13.1%，生物質占33.5%。
為了把更多碳流從“長細胞”轉向“產產品”，研究團隊采用了無氮培養基使細胞進入生長停滯的靜息狀態。這樣一來，生物質占比大幅下降，乙醇的碳轉化效率提升至62.0%。在實驗室規模的1升反應器中，連續供應甲烷（0.1兆帕壓力）并輔以中空纖維膜增強氣液傳質，靜息細胞穩定產乙醇28天，直到電子受體幾乎全部被還原為二價鐵。此時團隊向反應器通入空氣4小時，成功將二價鐵重新氧化為三價鐵，恢復了甲烷氧化和產乙醇能力。整個系統在48天內累計產出約5.8毫摩爾乙醇。
該技術在實驗室環境下得到驗證，已具備技術成熟度4級（TRL 4）。與依賴氧氣的好氧甲烷氧化不同，這套厭氧系統可直接在排放源頭處理甲烷，產物乙醇易于儲運，甲酸則是重要的工業原料。研究團隊認為，未來若能進一步提升反應速率并優化反應器設計，這項技術有望將油氣井、垃圾填埋場和沼氣設施的甲烷廢物流轉化為可再生能源，把氣候威脅變成循環經濟的原料。
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