甜甜的汽油?科学家将糖转化为汽油中的碳氢化合物,堪称现代炼金术

2021年12月08日 阅读量:4

这听起来像是现代炼金术:将糖转化为汽油中的碳氢化合物。但这正是科学家所做的。在Nature Chemistry即将进行的一项研究中,研究人员报告说,利用生物学和化学的奇迹将葡萄糖(一种糖)转化为烯烃(一种碳氢化合物,是构成汽油的几种分子之一)。

 

该项目由布法罗大学的生物化学家Zhen Q. Wang和加州大学伯克利分校的Michelle CY Chang领导。

 

该论文将于 11 月 22 日发表,标志着在创造可持续生物燃料方面取得的进展。

 

烯烃在目前生产的汽油分子中只占一小部分,但该团队开发的过程可能会在未来进行调整,以产生其他类型的碳氢化合物,包括汽油的一些其他成分,王说。她还指出,烯烃具有非燃料应用,因为它们用于工业润滑剂和制造塑料的前体。

 

使用食糖微生物和催化剂的两步法

 

为了完成这项研究,研究人员首先将葡萄糖喂给不会对人类健康构成危险的大肠杆菌菌株。

 

“这些微生物是糖瘾者,甚至比我们的孩子还要糟糕,”王开玩笑说。

 

的大肠杆菌在实验中的基因改造以产生一套四种酶将葡萄糖转化成化合物称为3-羟基脂肪酸。随着细菌消耗葡萄糖,它们也开始制造脂肪酸。

 

为了完成转化,该团队使用一种称为五氧化二铌 (Nb2O5) 的催化剂在化学过程中切断脂肪酸中不需要的部分,从而生成最终产品:烯烃。

 

科学家们通过反复试验确定了酶和催化剂,测试了具有适合手头任务的特性的不同分子。

 

“我们将生物学能做的最好的东西与化学能做的最好的东西结合起来,我们把它们放在一起创造了这个两步法,”UB 学院生物科学助理教授王博士说。艺术与科学。“使用这种方法,我们能够直接从葡萄糖制造烯烃。”

 

葡萄糖来自光合作用,将 CO 2从空气中提取出来

 

“从葡萄糖等可再生资源制造生物燃料具有推动绿色能源技术发展的巨大潜力,”王说。

 

“葡萄糖是由植物通过光合作用产生的,它将二氧化碳 (CO 2 ) 和水转化为氧气和糖。所以葡萄糖中的碳——以及后来的烯烃——实际上来自大气中的二氧化碳, ”王解释道。

 

然而,需要更多的研究来了解新方法的好处,以及它是否可以有效地扩大用于制造生物燃料或用于其他目的。需要回答的首要问题之一是生产烯烃的过程消耗多少能量;如果能源成本太高,则需要优化该技术才能在工业规模上实用。

 

科学家们也对提高产量感兴趣。王说,目前,需要 100 个葡萄糖分子才能产生大约 8 个烯烃分子。她想提高这个比例,重点是诱导大肠杆菌为消耗的每克葡萄糖产生更多的 3-羟基脂肪酸。

 

Nature Chemistry研究的合著者包括 Wang;张; 加州大学伯克利分校和中国武汉大学的 Heng Song 博士;加州大学伯克利分校的 Edward J. Koleski、Noritaka Hara 博士和 Yejin Min;明尼苏达大学的 Dae Sung Park 博士、Gaurav Kumar 博士和 Paul J. Dauenhauer 博士(Park 现在在韩国化学技术研究所)。

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