贝壳废弃物重整抑制析氧反应实现碳负性氢能与可持续单细胞蛋白联产

针对传统碱性电解水制氢(AWE)依赖石灰石开采且受析氧反应(OER)制约的难题，研究人员创新性地利用富含碳酸钙的贝壳废弃物(SSW)构建太阳能驱动电生物系统。该系统通过Ni3+介导的C-C键断裂机制抑制OER，实现14 L h?1的碳负性氢气(?2.23 kg CO2-eq. kg?1 H2)生产，同步将96%有机碳转化为单细胞蛋白，为可持续能源与营养供给提供闭环解决方案。

　　

这项突破性研究将海洋贝壳废弃物(SSW)变废为宝，开创性地构建了太阳能驱动的电生物联产系统。传统碱性电解水制氢(AWE)技术受制于析氧反应(OER)导致的效率损失和安全风险，而研究团队发现SSW中天然碳酸钙在镍基催化剂(Ni³⁺)作用下，可通过亲电氧中间体选择性断裂C-C键，将OER效率压制至12%-17%，实现83%-88%的法拉第效率。

该系统每小时可生产14升具有显著碳负效应(?2.23 kg CO₂-eq. kg^?1 H₂)的绿色氢气，太阳能转化效率达10%。更令人振奋的是，96%的有机碳被高效回收，其中70%以上转化为高营养价值的单细胞蛋白。这种"一石二鸟"的策略不仅规避了石灰石开采的环境代价，更通过SSW的闭环利用，同步解决清洁能源生产和食品安全的双重挑战。

机制研究表明，Ni³⁺活性位点对SSW氧化反应的特异性催化是抑制OER的关键，该发现为设计新型生物电催化系统提供了重要理论依据。这项技术标志着可持续能源与生物制造领域的重大突破，为发展循环经济提供了可规模化的创新范式。