现代“炼金术”:科学家将糖转化为碳氢化合物 为未来汽车提供动力

科学家在一项新的研究中报告称,通过给转基因大肠杆菌喂食葡萄糖,然后帮助把它变成汽油中的分子。这听起来像是现代的“炼金术”:将糖转化为汽油中的碳氢化合物。但这正是科学家所做的。

现代“炼金术”:科学家将糖转化为碳氢化合物 为未来汽车提供动力

在《自然-化学》杂志的一项研究中,研究人员报告了利用生物学和化学的奇迹将葡萄糖(一种糖)变成烯烃(一种碳氢化合物,是构成汽油的几种分子之一)。

该项目由纽约州立大学布法罗分校的生物化学家王真和加利福尼亚大学伯克利分校的Michelle C. Y. Chang领导。

该论文于2021年11月22日发表,标志着创造可持续生物燃料的努力取得了进展。

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王真说,烯烃在目前生产的汽油分子中只占很小的比例,但该团队开发的工艺很可能在未来被调整,以生成其他类型的碳氢化合物,包括汽油的一些其他成分。她还指出,烯烃具有非燃料用途,因为它们被用于工业润滑油和作为制造塑料的前体。

为了完成这项研究,研究人员首先将葡萄糖喂给不会对人类健康构成威胁的大肠杆菌菌株。“这些微生物是糖瘾者,甚至比我们的孩子更糟糕,”王真开玩笑说。

实验中的大肠杆菌经过基因工程改造,能够产生一套四种酶,将葡萄糖转化为称为3-羟基脂肪酸的化合物。当这些细菌消耗葡萄糖时,它们也开始制造脂肪酸。

为了完成转化,研究小组使用一种叫做五氧化二铌(Nb2O5)的催化剂,在一个化学过程中去掉脂肪酸中不需要的部分,产生最终产品:烯烃。

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科学家们通过试验和错误确定了酶和催化剂,测试了具有适合手头任务的特性的不同分子。

研究人员说:“我们把生物学能做的最好的东西和化学能做的最好的东西结合起来,我们把它们放在一起,创造了这个两步的过程。使用这种方法,我们能够直接从葡萄糖中制造烯烃。”

"从葡萄糖这样的可再生资源中制造生物燃料,对推进绿色能源技术有很大的潜力,"王真说。

"葡萄糖是由植物通过光合作用产生的,光合作用将二氧化碳和水变成氧气和糖。因此,葡萄糖中的碳--以及后来的烯烃--实际上是来自于从大气中抽出的二氧化碳,"王真解释说。

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然而,还需要更多的研究来了解这种新方法的好处,以及它是否可以有效地扩大规模,用于制造生物燃料或其他用途。首先需要回答的一个问题是生产烯烃的过程消耗多少能源;如果能源成本太高,该技术将需要进行优化,以便在工业规模上实用。

科学家们还对提高产量感兴趣。王真说,目前,需要100个葡萄糖分子才能产生大约8个烯烃分子。她希望改善这一比例,重点是“哄骗”大肠杆菌,使其为每克葡萄糖生产更多的3-羟基脂肪酸。


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