河南农业大学教授入选“中原英才计划”、团队在顶级期刊(IF=17.5)发表重要文章

近日，河南农业大学机电工程学院“农林废弃物资源化装备与储能”研究团队在能源领域国际权威期刊《Renewable and Sustainable Energy Reviews》（中科院一区，五年影响因子17.5）在线发表了一篇题为《Exploring the Potential of Nanobubble Technology Integration with Natural Polymer κ-Carrageenan-Immobilized Methylosinus trichosporium OB3b: A Review of Methane-to-Methanol Conversion》的综述论文。该文聚焦于如何将温室气体甲烷高效转化为高附加值液态燃料甲醇这一关键科学与技术问题，系统梳理了当前主流转化路径的发展现状、瓶颈挑战，并前瞻性地提出了一种融合细胞固定化与纳米气泡强化传质的创新策略，为甲烷的绿色、高效资源化利用提供了坚实的理论支撑与清晰的技术路线图。

甲烷作为仅次于二氧化碳的第二大人为温室气体，其短期全球增温潜势远高于二氧化碳，但同时也是一种极具潜力的碳基资源。目前工业上主流的甲烷制甲醇工艺多采用高能耗、流程复杂的间接法，如费托合成；而热力学上更为直接的催化转化路径则长期受限于催化剂效率低、选择性差及稳定性不足等难题。相较之下，基于甲烷氧化菌及其所含甲烷单加氧酶的生物转化法，可在温和条件下实现甲烷向甲醇的定向转化，展现出独特优势。然而，由于甲醇在微生物代谢中仅为中间产物，极易被进一步氧化为甲醛或二氧化碳，即便通过抑制甲醇脱氢酶活性等方式可部分富集甲醇，整个生物过程仍面临气体传质效率低下、细胞或酶稳定性差、反应动力学缓慢以及产物抑制效应等多重制约，导致甲醇产率、浓度及工艺稳定性难以满足工业化需求。

针对上述挑战，该综述深入比较了热催化与生物转化两类技术路线，指出铜调控型甲烷氧化菌 Methylosinus trichosporium OB3b 因其高催化活性与良好的可调控性，是当前最具应用前景的生物催化剂之一。在此基础上，论文重点探讨了将该菌株通过天然高分子κ-卡拉胶进行细胞固定化，并与纳米气泡技术协同耦合的可行性与潜力。作者提出构建一种“固定化细胞–纳米气泡”一体化混合系统：一方面，固定化技术可显著提升细胞的稳定性和重复使用性；另一方面，纳米气泡能极大增强气–液–固三相间的传质效率，从而加速反应动力学。这种集成策略有望突破现有生物转化体系的性能瓶颈，形成一条可规模化、具备负碳潜力的甲醇生物制造新路径。

该研究不仅为高效利用甲烷这一双重属性物质，既是强效温室气体又是潜在碳资源，开辟了创新技术方向，有助于减少对传统化石燃料的依赖，更在推动循环碳经济、助力全球气候治理方面展现出积极意义。同时，论文也为未来相关基础研究与工程放大提供了明确的聚焦点和方法论指引。

本论文第一作者为机电工程学院2023级博士生Muhammad Nauman Zulfiqar，贺超教授与焦有宙教授为共同通讯作者。