(图片来源:布法罗大学)
目前生产的烯烃在汽油分子中只占一小部分。该团队未来可能对该工艺进行调整,以生产其他类型的碳氢化合物,包括其他一些汽油成分,另外,烯烃具有非燃料应用,可用于工业润滑剂和制造塑料的前体。
利用食糖微生物和催化剂的两步式工艺
为了完成这项研究,研究人员首先给对人类健康没有威胁的大肠杆菌菌株喂食葡萄糖。“这些微生物特爱吃糖,甚至超过孩子们。”Wang开玩笑说。
实验中使用的大肠杆菌经过基因改造,产生一组四种酶,将葡萄糖转化为3-羟基脂肪酸化合物。当细菌消耗葡萄糖时,也开始制造脂肪酸。为了完成转化,研究小组使用一种叫做五氧化二铌(Nb2O5)的催化剂。在化学过程中去除不需要的脂肪酸部分,从而生成最终产物——烯烃。研究人员测试具有适合特征的不同分子,通过反复试验确定了这些酶和催化剂。
研究人员充分结合生物学作用和化学反应的优势,创造了这种两步式方法。通过这种方法,可以直接利用葡萄糖制取烯烃。利用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。研究人员表示,葡萄糖是由植物通过光合作用产生的。光合作用将二氧化碳和水转化为氧气和糖。因此葡萄糖中的碳,以及后来的烯烃,实际上都是从大气中提取的二氧化碳。
然而,为了深入了解新方法具有的优势,及其是否可以有效扩大规模,用于制造生物燃料或其他目的,还需要进行更多的研究。首要问题是,生产烯烃的过程消耗了多少能源。如果能源成本过高,则需要进行技术优化,以便实现工业规模应用。
研究人员对提高产量也很感兴趣。目前,需要100个葡萄糖分子,才能产生大约8个烯烃分子。研究人员希望提高这一比例,使大肠杆菌每消耗一克葡萄糖能产生更多的3-羟基脂肪酸。