一項(xiàng)新技術(shù)已經(jīng)開發(fā)出來，可以將常見的海藻(如經(jīng)常用于烹飪的Kkosiraegi)轉(zhuǎn)化為生物航空燃料和儲能設(shè)備的高質(zhì)量來源。研究結(jié)果發(fā)表在《化學(xué)工程雜志》上。

韓國能源研究院光州清潔能源研究中心的Kyoungseon Min博士的研究小組與江原國立大學(xué)合作，開發(fā)了一種從海藻中生產(chǎn)對映選擇性生物航空燃料前體[(R)- γ -戊內(nèi)酯]的工藝。該生產(chǎn)過程中剩余的生物質(zhì)也可以用作鋰離子電池的負(fù)極材料。

在生物精煉廠中利用海洋生物質(zhì)，如海藻，可以生產(chǎn)燃料和化學(xué)品，取代傳統(tǒng)的以石油為基礎(chǔ)的化學(xué)品生產(chǎn)。最近，海藻作為生物航空燃料的原料受到了關(guān)注，因?yàn)榕c傳統(tǒng)航空燃料相比，使用生物航空燃料可以減少高達(dá)82%的溫室氣體排放。因此，預(yù)計(jì)到2070年，生態(tài)友好型生物航空燃料市場將占整個(gè)航空燃料市場的35%。

在商業(yè)化的生物航空燃料生產(chǎn)工藝中，溫室氣體減排效果最大的方法是糖制噴氣技術(shù)。通過預(yù)處理過程，生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為可發(fā)酵的糖，這些糖被用作微生物發(fā)酵的碳源，以生產(chǎn)生物航空燃料生產(chǎn)所需的前體。

然而，預(yù)處理過程很復(fù)雜，而且反應(yīng)需要高壓氫氣，這使得該過程成本高昂。此外，通過該過程產(chǎn)生的前體量僅為所用可發(fā)酵糖的15%左右，這表明需要全面提高效率。

為了解決這些挑戰(zhàn)，研究小組開發(fā)了一種基于乙酰丙酸的工藝，通過一步酶促反應(yīng)而不是微生物發(fā)酵來產(chǎn)生前體。利用該工藝，海藻可以通過簡單的酸處理轉(zhuǎn)化為乙酰丙酸，通過酶促反應(yīng)生成(R)- γ -戊內(nèi)酯[(R)-GVL]，比傳統(tǒng)前體具有更高的增值效用。

這個(gè)過程的關(guān)鍵是通過酶促反應(yīng)直接將乙酰丙酸轉(zhuǎn)化為前體。像Kkosiraegi這樣的海藻只需要酸處理就能轉(zhuǎn)化為乙酰丙酸。然后，使用研究小組開發(fā)的工程酶，產(chǎn)生前體(R)-GVL。與需要微生物發(fā)酵生物質(zhì)的傳統(tǒng)工藝不同，這種方法只依賴于酶促反應(yīng)，允許從相同數(shù)量的生物質(zhì)中生產(chǎn)10倍以上的前體。

光純(R)-GVL不僅可以用作生物航空燃料，還可以用作生物制藥的中間體，如高血壓治療。然而，為了使其用于高血壓藥物，有必要選擇性地僅生產(chǎn)(R)-GVL形式。

典型的釕基催化劑將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為(R)-和(S)-形式的混合物(光學(xué)異構(gòu)體)，但這種混合物在生物塑料和生物制藥等增值應(yīng)用中具有局限性，這使得對映選擇性生產(chǎn)變得重要。

研究小組設(shè)計(jì)的酶可以將乙酰丙酸轉(zhuǎn)化為(R)-GVL，準(zhǔn)確率超過99.999%。迄今為止，由于缺乏選擇性生產(chǎn)(R)-GVL的技術(shù)，阻礙了其在生物制藥領(lǐng)域的應(yīng)用。然而，這項(xiàng)新技術(shù)的發(fā)展標(biāo)志著一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，使其未來能夠在此類應(yīng)用中使用。

此外，乙酰丙酸生產(chǎn)后剩余的Kkosiraegi殘?jiān)ㄟ^碳化工藝作為鋰離子電池的負(fù)極材料。研究組利用炭化的Kkosiraegi殘?jiān)苽淞虽囯x子電池的負(fù)極材料“硬碳”。他們將這種材料應(yīng)用于鋰離子電池，并分析了其容量、輸出和壽命特性，確認(rèn)了其實(shí)際應(yīng)用的潛力。

首席研究員閔景善(音譯)博士表示:“韓國三面環(huán)海，從地緣政治的角度來看，在獲取海藻方面處于有利地位?！?/p>

她補(bǔ)充說:“這項(xiàng)技術(shù)不僅開發(fā)了一種從海藻中生產(chǎn)適用于各種工業(yè)部門的增值材料的工藝，而且還利用剩余的生物質(zhì)作為電極材料。這可以為加速實(shí)現(xiàn)碳中和做出重大貢獻(xiàn)?！?/p>