FEDERATIA CULTIVATORILOR DE SFECLA DE ZAHAR DIN ROMANIA
From Farm To Fork!
PATRONATUL ZAHARULUI
DIN ROMANIA
ALCHIMIA MODERNĂ
Transformarea zahărului în hidrocarburi pentru mașinile viitorului,
Universitatea din Buffalo, 24 noiembrie 2021
Bacteriile modificate genetic pot transforma glucoza într-un acid gras, care poate fi apoi transformat în hidrocarburi numite olefine. Pentru a crește astfel de bacterii, oamenii de știință adaugă microbii în baloanele pline cu nutrienți (bulionul galben) și îi scutură într-un incubator pentru a încuraja fluxul de oxigen, așa cum se arată aici.
Într-un nou studiu, E. coli modificată genetic mănâncă glucoză, apoi ajută la transformarea acesteia în molecule găsite în benzină. Sună ca alchimia modernă: transformarea zahărului în hidrocarburi găsite în benzină. Dar exact asta au făcut oamenii de știință.
Într-un studiu în Nature Chemistry, cercetătorii raportează că au valorificat minunile biologiei și chimiei pentru a transforma glucoza (un tip de zahăr) în olefine (un tip de hidrocarbură și una dintre mai multe tipuri de molecule care alcătuiesc benzina).
Proiectul a fost condus de biochimiștii Zhen Q. Wang de la Universitatea din Buffalo și Michelle C. Y. Chang de la Universitatea din California, Berkeley. Lucrarea, care a fost publicată pe 22 noiembrie 2021, marchează un progres în eforturile de a crea biocombustibili durabili.
Zhen Wang, profesor asistent de științe biologice la Universitatea din Buffalo, este un expert în biologie sintetică. Credit: Douglas Levere / Universitatea din Buffalo
Olefinele cuprind un mic procent din moleculele din benzină așa cum este produsă în prezent, dar procesul dezvoltat de echipa ar putea fi probabil ajustat în viitor pentru a genera și alte tipuri de hidrocarburi, inclusiv unele dintre celelalte componente ale benzinei, spune Wang.
Wang notează, de asemenea, că olefinele au aplicații non-combustibile, deoarece sunt utilizate în lubrifianții industriali și ca precursori pentru fabricarea materialelor plastice.
Un proces în două etape care folosește microbi care mănâncă zahăr și un catalizator
Pentru a finaliza studiul, cercetătorii au început prin a hrăni cu glucoză tulpini de E. coli care nu reprezintă un pericol pentru sănătatea umană. „Acești microbi sunt dopați cu zahăr, chiar mai răi decât copiii noștri”, glumește Wang.
E.coli din experimente au fost modificate genetic pentru a produce o suită de patru enzime care transformă glucoza în compuși numiți acizi grași 3-hidroxi. Pe măsură ce bacteriile au consumat glucoză, au început să producă și acizi grași.
O tulpină de E. coli care nu pune în pericol sănătatea umană crește într-un balon plin cu nutrienți (bulionul galben). În studiu, oamenii de știință au modificat genetic astfel de E. coli pentru a transforma glucoza într-o clasă de acizi grași, pe care echipa i-a transformat apoi într-o hidrocarbură numită olefină. Credit: Douglas Levere / Universitatea din Buffalo
Pentru a finaliza transformarea, echipa a folosit un catalizator numit pentoxid de niobiu (Nb2O5) pentru a tăia părțile nedorite ale acizilor grași într-un proces chimic, generând produsul final: olefinele.
Oamenii de știință au identificat enzimele și catalizatorul prin încercare și eroare, testând diferite molecule cu proprietăți care s-au împrumutat sarcinilor la îndemână.
„Am combinat ceea ce biologia poate face cel mai bine cu ceea ce chimia poate face cel mai bine și le-am pus împreună pentru a crea acest proces în doi pași”, spune Wang, PhD, profesor asistent de științe biologice la Colegiul de Arte și Științe UB. .
„Folosind această metodă, am reușit să facem olefine direct din glucoză.”
Glucoza provine din fotosinteză, care trage CO2 din aer
„Producerea de biocombustibili din resurse regenerabile, cum ar fi glucoza, are un mare potențial de a avansa tehnologia energiei verzi”, spune Wang.
„Glucoza este produsă de plante prin fotosinteză, care transformă dioxidul de carbon (CO2) și apa în oxigen și zahăr. Deci carbonul din glucoză – și mai târziu din olefine – este de fapt din dioxidul de carbon care a fost scos din atmosferă”, explică Wang.
Zhen Wang, profesor asistent de științe biologice la Universitatea din Buffalo, ține în mână un balon care conține o tulpină de E. coli care nu pune în pericol sănătatea umană. Wang și colegii săi au arătat că E. coli modificată genetic poate transforma glucoza într-o clasă de acizi grași, care pot fi apoi transformați în hidrocarburi numite olefine. Credit: Douglas Levere / Universitatea din Buffalo
Cu toate acestea, sunt necesare mai multe cercetări pentru a înțelege beneficiile noii metode și dacă poate fi extinsă eficient pentru a produce biocombustibili sau în alte scopuri.
Una dintre primele întrebări la care va trebui să se răspundă este câtă energie consumă procesul de producere a olefinelor; dacă costul energiei este prea mare, tehnologia ar trebui optimizată pentru a fi practică la scară industrială. Oamenii de știință sunt, de asemenea, interesați de creșterea randamentului.
În prezent, este nevoie de 100 de molecule de glucoză pentru a produce aproximativ 8 molecule de olefină, spune Wang.
Wang ar dori să îmbunătățească acest raport, concentrându-se pe convingerea E. coli să producă mai mulți acizi grași 3-hidroxi pentru fiecare gram de glucoză consumat.
........................
Referință: „O strategie de catalizator dublu celular-eterogen pentru producția de olefine din glucoză” de Zhen Q. Wang, Heng Song, Edward J. Koleski, Noritaka Hara, Dae Sung Park, Gaurav Kumar, Yejin Min, Paul J. Dauenhauer și Michelle CY Chang, 22 noiembrie 2021, Nature Chemistry.
DOI: 10.1038/s41557-021-00820-0
Co-autorii studiului în Nature Chemistry includ Wang; Chang; Heng Song, PhD, la UC Berkeley și la Universitatea Wuhan din China; Edward J. Koleski, Noritaka Hara, PhD, și Yejin Min la UC Berkeley; Dae Sung Park, PhD, Gaurav Kumar, PhD, și Paul J. Dauenhauer, PhD, la Universitatea din Minnesota (Park este acum la Institutul de Cercetare din Coreea de Tehnologie Chimică).
Cercetarea a fost susținută de finanțare de la U.S. National Science Foundation; Programul postdoctoral Camille și Henry Dreyfus în chimia mediului / the Camille and Henry Dreyfus Postdoctoral Program in Environmental Chemistry și Fundația de Cercetare pentru Universitatea de Stat din New York / the Research Foundation for the State University of New York.
…………………………
Articol original:
