当阿贡生化工程师赛斯斯奈德驱动器过去的芝加哥郊区的玉米田,他认为可能减少美国对外国石油的依赖,同时农村经济中受益。斯奈德和他的同事们在阿贡的能源系统(ES)部门合作伙伴与农业巨头阿彻丹尼尔斯米德兰有限公司(ADM),迪凯特,病了。,合作研发协议开发技术,玉米糖转化为有价值的化学物质。 大多数构件用于制造塑料的化学物质,药物和其他消费产品源自石油精炼厂,原油的过程。随着石油供应收紧,运动是推动开发生物炼制,将生物质原料从作物、草和树木转化为电力、运输燃料和提炼的化学物质。这个运动是由美国能源部支持生物质能项目办公室的能源效率和可再生能源,这是资金随着ADM阿贡国家实验室的研究。 在经济上成功,生物炼制必须尽可能低成本生产化学物质或比石油同行便宜。最近的一份报告从能源部生物质项目上市12化学品生产的生物或化学转化糖在生物炼制盈利。这个计划是随着燃料乙醇生产这些化学物质。 大部分的这些化学物质是有机酸和多元醇,这是构建块的二次化学物质用于生产消费产品。例如,3-hydroxypropionic酸用于生产丙烯酸酯衍生品隐形眼镜,高吸水性聚合物用于尿布。同时,天冬氨酸在医药和甜味剂制造一个中间。 斯奈德和他的同事在阿贡正在与ADM优化生产有机酸称为葡糖酸的糖用阿贡的专利分离生物反应器技术。最终,这项技术可以被应用到各种有机酸和多元醇。 工程大规模生产的自然过程葡糖酸产生的生化氧化葡萄糖,糖的一种。这个反应,促进了酶在发酵的培养基配方,已经100多年,YuPo林说,阿贡的ES部门的化学工程师。他说,挑战是工程之一——如何处理有机酸足够便宜干净,与石化经济竞争。ADM和阿贡很熟悉葡糖酸,所以被选为第一逻辑有机酸的目标。 分离生物反应器,由一个多学科小组的科学家,可以克服技术和经济障碍葡糖酸的生产,斯奈德说。 分离生物反应器内,将葡萄糖转化为葡糖酸酶、葡糖酸分离立即从葡萄糖溶液。这种分离消除了一个主要的问题在大规模发酵:酸酶与产品的不兼容。 在简单的糖发酵、葡糖酸堆积,增加汤的酸度和禁用酶。酸可以化学中和,就像人们中和胃酸中和酸的平板电脑,但是额外的治疗提高过程成本和产生废物。 去电离子使产品分离成为可能分离生物反应器是脱盐技术的一个分支叫做去电离子(EDI)。EDI中常用的生化实验室、化学和半导体工厂生产超纯水。一个EDI细胞含有离子交换树脂,类似发现在一些商业水软化单位。 ES研究人员开发和专利改进EDI树脂薄片堆栈,赢得了2002年100年研发奖。研究在堆栈上研究——有效地删除时添加盐的高果糖玉米糖浆的生产过程是由美国能源部提供的工业技术项目。 EDI技术推进的时候,其他ES人员寻找化学连接酶的表面。斯奈德说,分离生物反应器的主要突破是在2001年,当这两个技术的进步是合并成一个单一的包。研究者高度glucose-oxidizing酶EDI树脂,树脂成为平台两个同时发生的过程:葡萄糖的酶转化葡糖酸和电离和分离的葡糖酸葡萄糖溶液。
在过去的一年里,林和化学工程师迈克尔•亨利使研究取得实质性改进制造和使用树脂薄片。阿贡提起了五个额外的专利在开发。 分离生物反应器的特性一种灵活的、可压缩的晶片,大约一个光盘的厚度,用离子交换树脂做的。酶是连接到树脂的表面。晶片多孔,所以水容易流过,夹紧两个特殊的EDI膜细胞。膜允许离子和水通过EDI细胞到一个单独的隔间,但中性分子,如糖,反弹膜像球碰壁。 随着葡萄糖溶液流过EDI细胞,酶转化成葡糖酸。然后葡糖酸电离树脂薄片,和一个电场把离子通过细胞膜进入一个单独的隔间,重组成葡糖酸 技术的最终结果是细胞葡萄糖溶液流入EDI和葡糖酸溶液流出。细胞使用电力,但Snyder说电力的成本是“非常,非常小。它在我们的目标总体生物工艺成本。” 更大的思考,思考$ $ $在阿贡试验机系统,这个过程是进行每天大约一加仑的速度单位,使用树脂薄片十分之一平方公尺的足迹。抽运速率取决于树脂薄片尺寸和相应的EDI装置。一个商业规模树脂薄片占地1平方米;数以百计的单位是堆叠在一起,实现工业规模的输出。 最大的生产商之一,ADM biobased化学物质世界,了解经济学的大规模生产。经济学——而不是环境因素——将决定任何生物生产过程的商业上的成功。 不过,斯奈德说生物生产提供可观的环境效益包括减少对石油进口的依赖,减少温室气体排放。他说能源部生物质项目经理道格拉斯Kaempf重点项目提供这些好处,但真正的商业上的成功的机会。 “在这个领域有一种说法”,斯奈德说。“唯一的绿色,重要的是美元。如果你不能犯同样的产品成本或低于你的竞争对手,那么没关系,你说你是绿色和他们的化石”。 在石油化工、化学物质的生产成本是原料和精炼平均分担。在生物化工生产,原料的成本,如玉米糖,占总成本的20%,处理和分离其余的成本。“我们希望能获得这一比例降至五千零五十,减少加工成本,”斯奈德说。“我们认为这项技术将帮助做到这一点。” 现在,阿贡国家实验室的研究人员正在测试和改进分离生物反应器的效率将葡萄糖转化为葡糖酸。“我们选择了葡糖酸,因为阿贡国家实验室研究人员感兴趣的是酶glucose-fructose氧化还原酶,”斯奈德说。ES微生物学家爱德华·圣·马丁意识到酶的生化特性,和ES分子生物学家米歇尔Arora开发这项技术在大量生产它。 “如果我们证明这种酶的技术,ADM独占鳌头,其他应用程序会不错,但是你需要第一个商业成功在你担心第三或第四,”斯奈德说。 如果葡糖酸系统是一个商业上的成功,和阿贡技术扩展到其他有机酸和多元醇的生产,许多消费产品可以制成生物化学物质。即使液晶显示器,你可以阅读这个故事的,最终可能含有生物材料生产的生物炼制的帮助下阿贡的技术。亚博网站下载 |