El diòxid de carboni (CO₂) és un compost inorgànic que es troba de manera natural a l’atmosfera terrestre. D’ençà de la revolució industrial, però, la crema de combustibles fòssils, la generació d’electricitat i altres processos industrials n’han augmentat la concentració de manera exponencial, provocant l'actual acceleració de l'escalfament global. Entre les diverses tecnologies que s’han proposat per capturar el CO₂ i convertir-lo en un producte valuós destaca l’electro-síntesi microbiana (en anglès, microbial electro-synthesis o MES). A diferència d’altres tecnologies que utilitzen materials cars i/o escassos per a catalitzar la reducció del CO₂, la MES empra microorganismes electro-actius. Tot i així, si bé s’han obtingut resultats satisfactoris al laboratori, actualment la comercialització encara no és viable.

La tesi doctoral de Laura Rovira Alsina aborda els reptes de l’escalatge industrial de l’electrosíntesi microbiana d’acetat (HA) a partir de CO₂. La investigadora va treballar amb emissions de gasos industrials reals, va emprar un cultiu microbià mixt capaç de suportar altes temperatures i va obtenir l’energia necessària de fonts renovables. Els resultats principals en cadascun d’aquests tres paràmetres són els següents:

• Tenint en compte que el sector industrial emet CO₂ a altes temperatures, tots els experiments es van realitzar en condicions termòfiles (50 °C), fet que va millorar la cinètica de les reaccions, així com la selectivitat del producte final.
• Per a abordar un dels principals reptes de la tecnologia relacionat amb la utilització de l'electricitat com a principal cost operatiu, es va considerar l'ús d'energia renovable, i es va simular el funcionament només amb l'excedent sense emmagatzematge en bateries, donant lloc a un subministrament d'energia intermitent. Això va reduir per tres el consum d'energia i va promoure la combinació de processos bioelectroquímics i de fermentació microbiana, aconseguint una producció contínua d’acetat (43 g m^-2 d^-1) i unes taxes de conversió de carboni prometedores (2,2 kg CO₂ kg HA^-1). En quant a la intensificació del procés, es va desenvolupar un model termodinàmic que va permetre determinar les condicions d'operació més favorables en funció del producte final desitjat. L'anàlisi dels resultats va mostrar que, en condicions termòfiles, l'elongació d’acetat a carboxilats de cadena més llarga no era espontània, per la qual cosa la seva conversió en successius passos de fermentació anaeròbica en condicions mesòfiles va resultar ser l'opció més viable.
• Per tal de que la tecnologia estigui un pas més prop de la seva aplicació comercial, els sistemes es van provar amb gasos industrials reals que contenien impureses i un percentatge menor de CO₂ (del 100 al 14 %). La comunitat microbiana mixta va demostrar ser prou robusta com per a mantenir productivitats similars a l'operació amb gas sintètic (2,5 % de diferència) i adaptar-se a les noves condicions, desenvolupant sinèrgies per a mitigar els impactes derivats de l'ús de gas real amb presència d'un 12 % d'oxigen (O₂).

Tots aquests coneixements van permetre dissenyar, construir i posar en marxa la primera planta pilot d’electrosíntesis microbiana a partir de CO₂ amb monitoratge i control digital de les principals variables operacionals. Això va permetre definir rangs de control amb diferents nivells de variabilitat i obtenir accions de senyal-resposta immediates per al correcte ús i aprofitament dels recursos, aconseguint la millor relació producte/energia obtinguda fins al moment (483 g d’acetat kWh^-1). Una fita que acosta de manera significativa la tecnologia al mercat, però que encara deixa alguns reptes importants per resoldre com ara l’obtenció d’elèctrodes amb materials biocompatibles, barats i eficients, i les restriccions que limiten les taxes de producció.