據(jù)外媒報道，美國國家科學基金會可持續(xù)高分子聚合物中心（National Science Foundation Center for Sustainable Polymers）的一組研究人員開發(fā)出結(jié)合發(fā)酵和化學精制的化學技術(shù)，能夠從可再生植物中生產(chǎn)類似石油的液體。

（圖片來源：明尼蘇達大學雙城分校）

當前的塑料包裝、汽車零部件、潤滑劑和肥皂到日常用品的生產(chǎn)都會使用化石燃料，而最新研發(fā)的可再生液體可作為化石燃料的更可持續(xù)的替代品。

該高分子聚合物中心位于明尼蘇達大學雙城分校（University of Minnesota Twin Cities），研究團隊成員由上述大學和加州大學伯克利分校（University of California Berkeley）的科學家組成。

科學家們很難將植物用作塑料原料，因為植物主要由糖組成，而這些糖與從石油中獲得的分子完全不同。植物中的關(guān)鍵糖是葡萄糖，含有過多的氧氣，而六個碳原子對于許多重要應(yīng)用來說非常小。為使用植物制造新材料，科學家必須解決兩個問題，分別是轉(zhuǎn)化過程需要從葡萄糖中去除氧原子，以及分子必須結(jié)合以生產(chǎn)大型產(chǎn)品。

NSF可持續(xù)高分子聚合物中心的研究人員開發(fā)出高效技術(shù)，可以通過結(jié)合兩種通常獨立的技術(shù)來制造可持續(xù)液體，其結(jié)構(gòu)類似石油所獲液體。首先，需要將從植物中提取的葡萄糖與微生物一起發(fā)酵，以去除大部分氧氣；第二步，金屬氧化物催化劑去除剩余的氧并將分子結(jié)合在一起，以形成有用的烯烴分布（烯烴是化學工業(yè)的基石）。

加州大學伯克利分?；瘜W、化學和生物分子工程教授Michelle Chang表示：“早期，我們以為很容易就能通過發(fā)酵獲得我們需要的分子，從而從葡萄糖中去除大部分氧氣。我們優(yōu)化了化學反應(yīng)以利用分子生物學的獨特能力，之后我們可以用金屬納米顆粒催化劑解決其余的問題?！?/p>

Chang教授的小組開發(fā)出一種獨特的大腸桿菌菌株，可將葡萄糖轉(zhuǎn)化為八碳和十碳的羥基酸，其中這些羥基酸是鏈末端只有幾個氧原子的分子。這些微生物經(jīng)基因工程優(yōu)化，可從糖中“培育”出這些分子。

Chang說，目標分子旨在讓氧氣留在戰(zhàn)略位置，從而使研究人員更有效地進行下游轉(zhuǎn)化。而這些研究人員的組長是明尼蘇達大學化學工程和材料科學教授Paul Dauenhauer。

Dauenhauer稱：“Chang教授團隊制造的生物可再生分子是催化精煉的完美原材料。這些分子含有恰好足量氧，我們可以使用金屬納米顆粒催化劑將它們輕松轉(zhuǎn)化為更大、更有用的分子。此外，我們還能夠根據(jù)需要調(diào)整分子產(chǎn)品的分布，就像傳統(tǒng)石油產(chǎn)品一樣，但不同的是，這次我們使用的是可再生資源?！?/p>

明尼蘇達大學的Dauenhauer實驗室篩選了大量催化劑，以證明發(fā)酵產(chǎn)生的生物石油分子可以轉(zhuǎn)化為一系列重要的化學物質(zhì)。試驗結(jié)果包括用于制造塑料袋等產(chǎn)品使用的聚乙烯和聚丙烯等關(guān)鍵聚合物的小分子，和用于制造橡膠材料的中型分子。

更重要的是，需要將發(fā)酵產(chǎn)物分子結(jié)合在一起產(chǎn)生更大的分子，以作為基礎(chǔ)制造用于清潔應(yīng)用的肥皂狀分子和用于潤滑劑的長鏈分子。所選催化劑和反應(yīng)條件的可能產(chǎn)品較多，意味著可以調(diào)整發(fā)酵-催化組合技術(shù)，以制造在制造過程（如傳統(tǒng)石油）中的大多數(shù)未加工化學材料，但使用的是具有生物可再生資源。

與化石燃料衍生的傳統(tǒng)產(chǎn)品相比，發(fā)酵和化學精煉相結(jié)合的混合方法不僅具有經(jīng)濟效益，同時還提高了可持續(xù)性。技術(shù)經(jīng)整合可實現(xiàn)最低能源和最低成本的加工技術(shù)，從而發(fā)明出最全面的化學品制造方法。

NSF化學部主任David Berkowitz表示：“NSF可持續(xù)高分子聚合物中心取得的成功展示了一種真正創(chuàng)新的、綠色的、有價值的高分子聚合物/塑料的構(gòu)建模塊。通過巧妙地結(jié)合生物學和化學，Chang團隊開辟了一種新的、潛在的生物可再生石油裂化替代方案?！?/p>

來源：上海錦町新材料科技整理自網(wǎng)絡(luò)

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