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制造爆炸物的发酵工艺有助于促进生物燃料生产

<p>第一次世界大战中用于制造子弹和炮弹的发酵过程可能在今天的先进生物燃料生产中发现新用途使用第一次世界大战中使用的发酵工艺制造子弹和炮弹的炽热,伯克利实验室的研究人员有效地将旧的发酵过程与新的化学催化相结合,以促进生物燃料的生产曾经用于制造炽热的发酵技术,在子弹和炮弹中取代火药的爆炸性推进剂,可能会在先进生物燃料的生产中找到重要的新用途</p><p>美国能源部(DOE)劳伦斯伯克利国家实验室(伯克利实验室)的研究人员表示,从木质纤维素生物质中生产丙酮,丁醇和乙醇可以选择性地升级为大批量生产汽油,柴油或喷气燃料使用细菌Clostridium acetobutylicum,伯克利实验室研究rs将生物质中发现的糖发酵成溶剂丙酮和醇丁醇和乙醇,统称为“ABE”产品然后用过渡金属钯将这些低碳数产物催化成更高分子量的烃类,这些烃类可能是前体的前体</p><p>三种主要的运输燃料分子生产的特定类型的燃料分子 - 无论是汽油,柴油还是喷射的前体 - 都是由ABE产品与钯催化剂一起存在的时间决定的“通过催化升级ABE发酵产品,我们能够利用高效的代谢途径并获得接近理论产量的运输燃料前体,“与伯克利实验室和加州大学伯克利分校联合任命的化学家Dean Toste说道</p><p>”凭借我们的技术,我们可以获得大约一加仑来自16磅糖的燃料来自木质纤维素生物质“Toste i发表于“自然”杂志上的一篇论文的相应作者,名为“化学催化与萃取发酵生产燃料的整合”共同创作的这篇论文是Pazhamalai Anbarasan,Zachary Baer,Sanil Sreekumar,Elad Gross,Joseph Binder,Harvey Blanch和Douglas克拉克这项工作得到了能源生物科学研究所(EBI)的支持,该研究所是加州大学伯克利分校,伯克利实验室和伊利诺伊大学厄巴纳香槟分校的合作伙伴关系</p><p>该项目由BP能源公司Clostridium acetobutylicum资助,可以将生物质中的糖发酵成为溶剂丙酮和醇丁醇和乙醇,统称为“ABE”产品然后钯可以将这些简单的碳催化成汽油,柴油和喷气燃料的前体丙酮丁醇梭菌也被称为Weizmann生物体后,首先使用的化学家Chaim Weizmann从淀粉中发酵ABE产品的细菌在这期间,细菌迅速崛起第一次世界大战时,英国人用它来发酵丙酮生产丙烯酸丙型丁酸丁酯,ABE发酵工艺继续被广泛使用,直到20世纪50年代被更便宜的基于石油化工的工艺所取代</p><p>由于燃烧化石燃料导致大量碳进入大气层,重新开展科学工作,开发先进的生物燃料,用于运输能源从草和其他非食用植物的木质纤维素生物质中的糖合成,并以可持续的方式生产,先进的生物燃料可以是碳中性的,这意味着它们的使用不会向大气中添加过量的碳</p><p>此外,它们将是可再生的和无污染的,并且代表了国内就业和收入的巨大潜在来源</p><p>此外,与玉米淀粉或甘蔗,先进的生物燃料,如果能够成功开发和生产成本低廉,可以投入使用今天的车辆可能对性能没有影响,并且在今天的基础设施中使用而不需要进行任何修改“在某些方面,这项工作是一个退步,其中一个非常古老的发酵过程正在与一些新的工程和化学一起使用,”共同作者布兰奇说,他是美国生物燃料研究院院长之一,他还与伯克利实验室和加州大学伯克利分校共同任命</p><p> “虽然在工程微生物生产先进生物燃料方面取得了一些进展,但迄今为止产生的数量 - 技术上,解决方案的滴度 - 往往非常有限</p><p>将微生物生产与化学催化相结合的混合方法可能提供更高效的途径这些先进的生物燃料的生产“丙酮丁醇梭菌将木质纤维素生物质中的糖发酵成三份丙酮,六份正丁醇和一份乙醇的产品,类似于酵母如何将葡萄中的糖发酵成葡萄酒和啤酒</p><p>从运输能源的角度来看,乙醇的双碳链,丙酮的三碳链和丁醇的四碳链主要用作汽油的添加剂</p><p>然而,丙酮与醇的结合生产使得建造更长的时间成为可能</p><p>汽油,柴油和喷气燃料的碳氢化合物链“我们技术的关键是丙酮丁醇丙酮生产丙酮的能力,“Toste说”丙酮含有亲核α-碳,可与ABE发酵中产生的醇形成碳键“催化这些较短碳链形成更长的燃料链 - 这一过程称为”烷基化“ - Toste和他的合着者测试了许多过渡金属催化剂,现代工业的主力,用于启动几乎所有涉及化学的工业制造过程他们测试的最佳表现是钯”在第一个反应堆,我们删除了来自发酵液的低沸点ABE产品使用高沸点萃取剂,如甘油三丁酸酯,“Toste说”这可以去除生物体中的有毒产物,从而获得更高的ABE产量和清洁的化学催化产物流,在第二反应器中进行,而钯碳是这些试验中最好的催化剂,我们已经确定了其他过渡金属催化剂可能会更好的“Toste认为,他和他的同事报告的综合生物/化学方法应该相对简单,可以扩大规模并在商业规模上实施”ABE发酵过程在近一个世纪前建立并扩展, “他指出,”虽然化学部分规模较小,但它依赖于多相催化,这是当今工业化学的主要支柱“Toste认为,生物发酵和化学催化的结合在木质纤维素生物质转化为木质纤维素生物质之外具有重要的潜在应用价值</p><p>运输燃料并可能成为一种强大的新技术支持工具“当今许多技术都依赖于发酵或化学催化,”他说“构建涉及催化剂网络的综合发酵工艺的想法是一个激动人心的前景”,共同作者布兰奇, “整合化学和发酵是一种有效的方法来利用两个世界中最好的我们的自然论文中描述的化学反应是令人兴奋的,因为分子之间形成了新的碳 - 碳键,氧气被排斥而不需要氢化这导致非常高的产率“这项研究由能源生物科学研究所资助资料来源:劳伦斯伯克利国家实验室Lynn Yarris图片:

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