Une équipe de chercheurs du Centre pour les polymères durables de la Nationwide Science Basis des États-Unis basé à l’Université du Minnesota Twin Cities a développé une technologie chimique de fermentation combinée et de raffinage chimique qui peut produire des liquides de style pétrole à partir de plantes renouvelables.
Ces liquides renouvelables pourraient remplacer de manière furthermore long lasting les combustibles fossiles d’aujourd’hui utilisés pour fabriquer des produits de tous les jours tels que des contenants et des sacs en plastique, des pièces automobiles, des lubrifiants et des savons.
La nouvelle étude réalisée par des scientifiques de l’Université de Californie à Berkeley et de l’Université du Minnesota est publiée en ligne dans Mother nature Chemistry, une importante revue de chimie à comité de lecture du Mother nature Publishing Team.
Il a été difficile pour les scientifiques d’utiliser les plantes comme resource de plastique automobile elles sont principalement constituées de sucres qui ne ressemblent en rien aux molécules obtenues à partir du pétrole. Le sucre clé dans les plantes est le glucose, qui contient trop d’oxygène et à six carbones est trop petit pour de nombreuses apps importantes. Afin d’utiliser des plantes pour fabriquer de nouveaux matériaux, les deux problèmes doivent être résolus : le processus de conversion doit éliminer les atomes d’oxygène du glucose et les molécules doivent être combinées pour fabriquer des produits additionally gros.
Des chercheurs du NSF Center for Sustainable Polymers ont découvert une technologie optimale pour fabriquer des liquides durables similaires à ceux obtenus à partir du pétrole en combinant deux systems normalement indépendantes. Tout d’abord, le glucose obtenu à partir de plantes a été fermenté avec des microbes pour éliminer la majeure partie de l’oxygène. Dans la deuxième étape, les catalyseurs à foundation d’oxydes métalliques ont extrait l’oxygène restant et combiné les molécules pour previous une distribution utile d’oléfines qui sont les éléments constitutifs de l’industrie chimique.
« Notre idée au début était que nous devions trouver une molécule qui pourrait être facilement fabriquée avec une fermentation qui pourrait éliminer la plupart de l’oxygène du glucose », a déclaré Michelle Chang, professeur de chimie et de génie chimique et biomoléculaire à l’Université de Californie à Berkeley et chief. du projet. « Nous avons optimisé la chimie pour tirer parti des capacités uniques de la biologie moléculaire, après quoi nous pourrions résoudre le reste du problème avec des catalyseurs à nanoparticules métalliques. »
Le groupe du professeur Chang a développé une souche distinctive d’Escherichia coli qui a converti le glucose en hydroxy-acides à huit et 10 carbones, qui sont des molécules avec seulement quelques atomes d’oxygène à la fin de la chaîne. Les microbes ont été optimisés par génie génétique afin qu’ils puissent « faire pousser » ces molécules à partir du sucre.
Chang a déclaré que la molécule cible était conçue pour laisser de l’oxygène dans des positions stratégiques afin de rendre la conversion en aval plus efficace pour un groupe de chercheurs dirigé par le professeur de génie chimique et de science des matériaux de l’Université du Minnesota, Paul Dauenhauer.
« Les molécules biorenouvelables que le groupe du professeur Chang a fabriquées étaient des matières premières parfaites pour le raffinage catalytique », a déclaré Dauenhauer, qui était l’un des co-auteurs de l’étude de recherche. « Ces molécules contenaient juste assez d’oxygène pour que nous puissions les convertir facilement en molécules plus grosses et plus utiles à l’aide de catalyseurs à nanoparticules métalliques. Cela nous a permis d’ajuster la distribution des produits moléculaires selon les besoins, tout comme les produits pétroliers conventionnels, sauf que cette fois nous utilisions des ressources renouvelables. «
Le laboratoire de Dauenhauer à l’Université du Minnesota a examiné un substantial éventail de catalyseurs pour démontrer que les molécules de biopétrole fabriquées par fermentation pouvaient être converties en une gamme de produits chimiques importants. Les résultats comprenaient de petites molécules pour la fabrication de polymères clés comme le polyéthylène et le polypropylène utilisés dans des produits comme les sacs en plastique et des molécules de taille moyenne pour la fabrication de matériaux caoutchouteux.
Encore in addition importante était la capacité de combiner des molécules de produits de fermentation pour produire des molécules as well as grosses qui peuvent servir de foundation à la fabrication de molécules de variety savon pour les apps de nettoyage et de molécules à chaîne moreover longue pour les lubrifiants. L’étendue des produits possibles en fonction du catalyseur sélectionné et des circumstances de réaction signifie que la technologie combinée de fermentation-catalyse peut être réglée pour fabriquer presque toute la gamme de matériaux chimiques non transformés qui peuvent être utilisés dans les processus de fabrication – comme le pétrole conventionnel mais avec des ressources biorenouvelables.
L’approche hybride de la fermentation et du raffinage chimique combinés a l’avantage de concurrencer économiquement les produits conventionnels dérivés de combustibles fossiles tout en améliorant la durabilité. Les systems ont été intégrées pour trouver les approaches de traitement les moins énergivores et les moins coûteuses menant à la méthode la plus efficace de fabrication de produits chimiques.
« Il s’agit d’une approche scientifique one of a kind d’une nouvelle technologie tough qui a été facilitée par la recherche synergique qui se produit entre des groupes de recherche disparates soutenus par le NSF Middle for Sustainable Polymers », a déclaré Marc Hillmyer, directeur du centre et professeur de chimie à l’Université du Minnesota. « Le travail d’équipe et la concentration combinée sur la résolution du problème ont produit une nouvelle approche qui n’aurait été achievable dans aucun des groupes de recherche individuels. »
« Cette avancée du Centre NSF pour les polymères durables démontre une entrée véritablement innovante et écologique dans les blocs de building de polymères/plastiques de valeur », a déclaré David Berkowitz, directeur de la division chimie de la NSF. « En combinant intelligemment la biologie et la chimie, l’équipe Chang a ouvert une nouvelle alternative bio-renouvelable potentielle au craquage du pétrole. Ces résultats montrent comment les investissements de la NSF dans la science collaborative et interdisciplinaire peuvent repousser les limites du développement d’industries chimiques furthermore durables.
