QUẢNG CÁO

Cách hiệu quả về chi phí để chuyển đổi nhà máy thành nguồn năng lượng tái tạo

Các nhà khoa học đã chỉ ra một công nghệ mới, trong đó vi khuẩn được biến đổi sinh học có thể tạo ra các hóa chất / polyme tiết kiệm chi phí từ các nguồn thực vật tái tạo

Lignin is a material which is a constituent of cell wall of all dry land plants. It is the second most abundant natural polymer after cellulose. This material is the only polymer found in plants which is not composed of carbohydrate (sugar) monomers. Lignocellulose biopolymers provide shape, stability, strength and rigidity to plants. Lignocellulose biopolymers consist of three main components: cellulose and hemicellulose form a framework in which lignin is incorporated as a kind of connector thus solidifying the cell wall. Cell wall lignification makes plants resistant to wind and pests and helps them from rotting. Lignin is a vast but very underutilized renewable resource of energy. Lignin which represents up to 30 percent of the lignocellulose biomass is an unexploited treasure – at least from a chemical point of view. The chemical industry depends mostly on carbon compounds for creating different products like paint, artificial fibres, fertilizers and most importantly plastic. This industry does use some renewable resources like vegetable oil, starch, cellulose etc but this comprises only 13 percent of all compounds.

Lignin, một giải pháp thay thế đầy hứa hẹn cho dầu mỏ để sản xuất các sản phẩm

Trên thực tế, lignin là nguồn tái tạo duy nhất và duy nhất trên trái đất có chứa một số lượng lớn các hợp chất thơm. Điều này rất quan trọng vì các hợp chất thơm thường được chiết xuất từ ​​nguồn dầu mỏ không thể tái tạo và sau đó được sử dụng để sản xuất nhựa, sơn, v.v ... Do đó, tiềm năng của lignin là rất cao. So với dầu mỏ là nhiên liệu hóa thạch không thể tái tạo, lignocelluloses có nguồn gốc từ gỗ, rơm rạ hoặc Miscanthus là những nguồn có thể tái tạo. Lignin có thể được trồng trong các cánh đồng và rừng và nói chung là trung tính đối với khí hậu. Lignocelluloses đang được coi là một chất thay thế nghiêm trọng cho dầu mỏ trong vài thập kỷ qua. Dầu mỏ thúc đẩy ngành công nghiệp hóa chất hiện nay. Dầu mỏ là nguyên liệu cho nhiều hóa chất cơ bản sau đó được sử dụng để sản xuất các sản phẩm hữu ích. Nhưng dầu mỏ là nguồn không thể tái tạo và đang ngày càng cạn kiệt, do đó cần tập trung vào việc tìm kiếm các nguồn có thể tái tạo. Điều này đưa lignin vào bức tranh dường như là một giải pháp thay thế rất hứa hẹn.

Lignin chứa đầy năng lượng cao nhưng việc thu hồi năng lượng này rất phức tạp và là một quá trình tốn kém và do đó, ngay cả nhiên liệu sinh học được tạo ra vì kết quả cuối cùng là chi phí rất cao và không thể thay thế về mặt kinh tế “năng lượng vận chuyển” hiện đang được sử dụng. Nhiều cách tiếp cận đã được nghiên cứu để phát triển các cách hiệu quả về chi phí để phá vỡ lignin và chuyển hóa nó thành các hóa chất có giá trị. Tuy nhiên, một số hạn chế đã hạn chế việc chuyển đổi một chất thực vật cảm ứng như lignin để được sử dụng như một nguồn năng lượng thay thế hoặc thậm chí cố gắng làm cho nó hiệu quả hơn về chi phí. Một nghiên cứu gần đây đã biến đổi thành công vi khuẩn (E. Coli) hoạt động như một nhà máy sản xuất tế bào chuyển đổi sinh học hiệu quả và năng suất. Vi khuẩn phát triển và bội số rất nhanh và chúng có thể chịu được các quy trình công nghiệp khắc nghiệt. Thông tin này được kết hợp với sự hiểu biết về các chất phân huỷ lignin có sẵn trong tự nhiên. Tác phẩm đã được xuất bản trong Kỷ yếu của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia Hoa Kỳ.

Nhóm các nhà nghiên cứu do Tiến sĩ Seema Singh đứng đầu tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Sandia đã giải quyết ba vấn đề chính đang gặp phải trong việc biến lignin thành các hóa chất nền tảng. Rào cản lớn đầu tiên là vi khuẩn E.Coli nói chung không tạo ra các enzym cần thiết để chuyển đổi. Các nhà khoa học có xu hướng giải quyết vấn đề tạo ra các enzym bằng cách thêm một “chất cảm ứng” vào vòng lên men. Những chất cảm ứng này có hiệu quả nhưng rất đắt tiền và do đó không phù hợp với khái niệm nhà máy xử lý sinh học. Các nhà nghiên cứu đã thử một khái niệm trong đó hợp chất có nguồn gốc lignin như vani được sử dụng làm chất nền cũng như chất cảm ứng bằng kỹ thuật vi khuẩn E.Coli. Điều này sẽ bỏ qua nhu cầu về một bộ cảm ứng đắt tiền. Mặc dù nhóm đã phát hiện ra, vani không phải là một lựa chọn tốt đặc biệt vì một khi lignin bị phá vỡ, vani sẽ được sản xuất với số lượng lớn và nó bắt đầu ức chế chức năng của E.Coli tức là vani bắt đầu tạo ra độc tính. Nhưng điều này đã có lợi cho họ khi họ thiết kế vi khuẩn. Trong kịch bản mới, chính hóa chất độc hại đối với E.Coli được sử dụng để bắt đầu quá trình phức tạp “hóa trị lignin”. Khi vani có mặt, nó sẽ kích hoạt các enzym và vi khuẩn bắt đầu chuyển vanillin thành catechol, là chất hóa học mong muốn. Ngoài ra, lượng vanillin không bao giờ đạt đến mức độc hại vì nó được tự động điều chỉnh trong hệ thống hiện tại. Vấn đề thứ ba và cuối cùng là hiệu quả. Hệ thống chuyển đổi chậm và thụ động, do đó các nhà nghiên cứu đã xem xét các chất vận chuyển hiệu quả hơn từ các vi khuẩn khác và biến chúng thành E. Coli, sau đó theo dõi nhanh quá trình. Khắc phục các vấn đề về độc tính và hiệu quả bằng các giải pháp sáng tạo như vậy có thể giúp sản xuất nhiên liệu sinh học trở thành một quy trình kinh tế hơn. Và, việc loại bỏ một bộ cảm ứng bên ngoài cùng với việc kết hợp điều chỉnh tự động có thể tối ưu hóa hơn nữa quá trình sản xuất nhiên liệu sinh học.

Nó đã được thiết lập rõ ràng rằng một khi lignin bị phân hủy, nó có khả năng cung cấp hoặc đúng hơn là “ban tặng” các hóa chất nền tảng có giá trị, sau đó có thể được chuyển đổi thành nylon, nhựa, dược phẩm và các sản phẩm quan trọng khác hiện có nguồn gốc từ dầu mỏ, một -nguồn năng lượng có thể hồi phục. Nghiên cứu này có liên quan vì là một bước hướng tới việc nghiên cứu và phát triển các giải pháp hiệu quả về chi phí cho nhiên liệu sinh học và sản xuất sinh học. Sử dụng công nghệ kỹ thuật sinh học, chúng tôi có thể sản xuất số lượng lớn hơn các hóa chất nền tảng và một số sản phẩm cuối mới khác, không chỉ với E.Coli vi khuẩn mà còn với các ký chủ vi sinh vật khác. Nghiên cứu trong tương lai của các tác giả sẽ tập trung vào việc chứng minh sản xuất kinh tế các sản phẩm này. Nghiên cứu này có tác động rất lớn đến các quá trình sản xuất năng lượng và mở rộng phạm vi các khả năng cho các sản phẩm xanh. Các tác giả nhận xét rằng trong tương lai gần lignocellulose chắc chắn nên bổ sung cho dầu mỏ nếu không thay thế nó.

***

{Bạn có thể đọc tài liệu nghiên cứu gốc bằng cách nhấp vào liên kết DOI đưa ra bên dưới trong danh sách (các) nguồn được trích dẫn}

Nguồn

Wu W và cộng sự. 2018. Hướng tới kỹ thuật E. coli với hệ thống tự điều chỉnh để hóa trị lignin ', Kỷ yếu của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia. 115 (12). https://doi.org/10.1073/pnas.1720129115

Nhóm SCIEU
Nhóm SCIEUhttps://www.ScientificEuropean.co.uk
Khoa học Châu Âu® | SCIEU.com | Những tiến bộ đáng kể của khoa học. Tác động đến loài người. Đầu óc đầy cảm hứng.

Theo dõi bản tin của chúng tôi

Để được cập nhật tất cả các tin tức mới nhất, ưu đãi và thông báo đặc biệt.

Hầu hết các bài viết được ưa thích

Tình trạng của Vắc xin COVID-19 Phổ cập: Tổng quan

Việc tìm kiếm một loại vắc-xin COVID-19 phổ biến, có hiệu quả chống lại tất cả ...

Pin mặt trời Singlet-Fission: Một cách hiệu quả để chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện năng

Các nhà khoa học từ MIT đã nhạy cảm với các tế bào năng lượng mặt trời silicon hiện có ...

COVID-19: Xác nhận về sự lây truyền trong không khí của vi rút SARS-CoV-2 có ý nghĩa gì?

Có rất nhiều bằng chứng để khẳng định rằng ...
- Quảng cáo -
94,557Người hâm mộNhư
47,690Người theo dõiTheo
1,772Người theo dõiTheo
30Thuê baoTheo dõi