如果石化产业摆脱石油和天然气,它必须找到sustainably-sourced毫不费力地陷入现有过程的化学物质制造产品,如燃料、润滑剂和塑料。
让这些化学物质生物是显而易见的选择,但微生物产品不同于化石燃料的碳氢化合物在两个关键方面:它们包含过多的氧气,他们有太多的其他原子挂碳。为了使微生物碳氢化合物在现有的合成流程工作,他们通常要缺氧-;在化学的说法,减少-;和剥夺了外来的化学组,所有这些都需要能量。
一队化学家从加州大学伯克利分校,和明尼苏达大学现在已经改造微生物,使烃链,可以更容易缺氧和使用更少的能源;基本上只是细菌吃的糖葡萄糖,加上有点热。
过程允许微生物生产范围广泛的化学物质目前由石油和天然气-;特别是,润滑剂等产品由碳链碳氢化合物,含有8到10个碳原子链中。
”问题的一部分,试图转移到像葡萄糖为原料来制造分子或驱动化工是石化的化石燃料结构不同;他们通常完全减少,没有氧气替换”,米歇尔Chang说,加州大学伯克利分校化学与化学和生物分子工程学的教授。“细菌知道如何使所有这些复杂的分子,这些官能团伸出来,像所有的天然产品,但石化,我们习惯使用的前体化工是一个挑战。”
“这个过程是一个一步脱氧这些微生物产品,它允许我们开始做事情可以替代石化、仅使用葡萄糖从植物生物量、更可持续和可再生,”她说。”这样我们可以摆脱石化和其他化石燃料。”
细菌改造使烃链中等长度,没有实现之前,尽管别人已经开发出微生物过程短、长链,大约20个碳。但是这个过程很容易适应其他链长度,Chang说,包括最流行的短链碳氢化合物作为前体塑料、聚乙烯等。
她和她的同事们在本周《华尔街日报》发表了他们的结果化学性质。
生物处理使烯烃
化石碳氢化合物是简单的线性链碳原子和氢原子连接到每个碳。但将这些转化为高附加值的化工过程优化的产品不容易被微生物允许替换前体,是含氧和碳原子装饰着许多其他的原子和小分子。
让细菌产生的东西可以取代这些化石燃料的前兆,常和她的团队,包括王co-first作者甄和亨歌,前加州大学伯克利分校的博士后研究人员,在数据库中搜索酶从其他细菌,可以合成碳链碳氢化合物。他们还寻求一种酶,可以添加一个特殊的化工集团,羧酸,碳氢化合物的一端,把它变成所谓的脂肪酸。
总之,研究人员五个单独的基因插入大肠杆菌细菌,迫使细菌发酵葡萄糖和生产所需的碳链脂肪酸。添加的酶反应是独立的或正交,细菌的酶途径,工作比试图调整细菌的复杂的代谢网络。
“我们确认新的酶可以使这些中型烃链和正交,所以分开由细菌脂肪酸生物合成。允许我们单独运行它,它使用更少的能量比如果你使用本机合酶途径,”张说。“细胞葡萄糖消耗足够的生存,然后一起,你有你的通路咀嚼通过所有的糖得到更高的转化率和高收益”。
这最后一步创建一个碳链脂肪酸影射的产品容易转换通过催化反应烯烃,是聚合物前体和润滑剂。
加州大学伯克利分校组与明尼苏达组由保罗•Dauenhauer表明一个简单的,抗酸催化反应称为路易斯酸催化(在著名的加州大学伯克利分校的化学家吉尔伯特牛顿Lewis)轻松地删除从最后的微生物产品——羧酸;3-hydroxyoctanoic 3-hydroxydecanoic酸-;分别生产烯烃庚烯和壬烯。路易斯酸催化使用更少的能量比氧化还原反应通常需要将氧气从天然产物生产纯碳氢化合物。
“biorenewable分子Chang教授的小组是完美的原料催化精炼、”欧洲杯足球竞彩Dauenhauer说,他指的是这些前体分子bio-petroleum。“这些分子包含足够的氧气,我们可以很容易将它们转换为更大,更有用的分子使用金属纳米催化剂。这允许我们根据需要调节分子的分布产品,就像传统的石油产品,除了这一次我们使用可再生的资源。”
庚烯,7个碳原子,和壬烯,9,可以直接作为润滑剂,采用了较小的碳氢化合物,用作前驱塑料聚合物,如聚乙烯或聚丙烯,或与形式更长的碳氢化合物,像那些在蜡和柴油燃料。
“这是一个通用的过程使目标化合物,不论什么链长,”张说。“和你不需要工程师一个酶系统每次你想改变一个官能团或链长度或多分支。”
尽管代谢工程的壮举,Chang表示,长期和更可持续的目标是完全重新设计流程合成工业碳氢化合物,包括塑料,以便他们进行了优化使用类型的正常微生物产生的化学物质,而不是改变微生物的产品融入现有的合成工艺。
“有很多感兴趣的问题,“如果我们看看全新的聚合物结构——“,”她说。“我们能使塑料单体由葡萄糖发酵具有类似属性我们今天使用的塑料,但不是聚乙烯或聚丙烯结构一样,是不容易回收。”
支持的工作是可持续的聚合物,中心国家科学中心Foundation-supported化学创新(切- 1901635)。欧洲杯线上买球其他合作者爱德华•Koleski Noritaka Hara Yejin分钟加州大学伯克利分校和Dae唱公园和Gaurav Kumar明尼苏达大学的。
