Biobaserede kemikalier kan reducere brugen af ​​fossilt brændstof

Petrokemiske produkter, de olie- og gasafledte forbindelser, der fungerer som molekylære rygrad i store dele af moderne handel, havde en markedsværdi på 539,3 milliarder dollar i 2018.

Hvis blot nogle få af disse olieprodukter erstattes med kemikalier fremstillet af planter eller mikrober, kan det sætte et betydeligt indhug i verdens fossile brændstofforbrug.

Derfor har et team af ingeniører fra University of Wisconsin – Madison udviklet en metode til at identificere plantebaserede forbindelser, der lover som potentielle erstatninger for petrokemikalier. De offentliggjorde deres resultater i denne måned i tidsskriftet iScience .

"Dette vil give vejledning til produktdesign og opdagelse, "siger Wenzhao Wu, som gennemførte forskningen, inden han fik sin doktorgrad i kemiteknik fra UW – Madison i 2018 og nu arbejder i virksomhedens strategiske forskningsafdeling i ExxonMobil. "Det vil også hjælpe biobrændstofsamfundet med at fokusere på, hvilke kemikalier der skal produceres."

Hvilke kemikalier der skal produceres, er et afgørende spørgsmål - og svaret kan gøre eller ødelægge, om biobrændstoffer er i stand til at konkurrere med olieomkostningerne.

"Vi studerer kemisk produktion, ud over brændstoffer, at forbedre økonomien i bioraffinaderier, "siger Christos Maravelias, en UW – Madison professor i kemisk og biologisk teknik. "Logikken er, at konvertering af biomasse til brændstof er relativt ineffektiv sammenlignet med olie og gas, men kemisk produktion kan være mere omkostningseffektiv. "

Olie- og gasraffinaderier producerer en lang række råvarekemikalier sammen med brændstofprodukter for at tilfredsstille en umættelig efterspørgsel fra mange industrier, herunder landbrug, medicin og elektronik.

Udskiftning af nogle af disse råvarekemikalier med biobaserede produkter kan hjælpe med at fjerne vores næsten eksklusive afhængighed af olie. Faktisk, Maravelias undersøger allerede, hvilke råvarekemikalier i dag, der bedst kan produceres fra plante- eller mikrobielle kilder.

Det relativt smalle, "nuværende dag" -visning fanger ikke den brede vifte af kemikalier, der kan fremstilles fra mikroberplanter. Så, forskerne søgte en strategi for at identificere kommende kemikalier-biobaserede forbindelser, der endnu ikke er i udbredt produktion, men potentielt i stand til at erstatte en petrokemisk i brug i dag.

Forskerne kaldte up-and-comers "erstatningskemikalier, "identificeret gennem en omhyggelig analyse af alt fra markedsmængder og priser til atomssammensætning.

Som det er tilfældet med oliebaserede kemikalier, erstatningskemikalier kunne en dag blive solgt sammen med biobrændstoffer. Som resultat, forskere skulle finde forbindelser, der kunne generere betydelige indtægter som coprodukter.

De overvejede også efterspørgslen. For eksempel, mange kemikalier (f.eks. de komplicerede molekyler, der bruges til at syntetisere receptpligtige lægemidler eller lægemidler) kan klare høje priser, men de dyre forbindelser udgør en lille brøkdel af det samlede marked.

"Hvis biobrændstoffer kan vedtages i stor skala, deres coprodukter bør have en betydelig efterspørgsel, "siger Maravelias." Hvis vi kun producerede specialkemikalier, der ville ikke være et stort nok marked. "

Udvidelse af ligningen til at omfatte markedsmængder samt priser, forskerne identificerede egenskaber ved kemikalier, der både er meget efterspurgte såvel som vanskelige at få fra fossile brændstoffer.

Og ved lagdeling i et tredje analysetrin baseret på molekylær struktur, forskerne indsnævrede karakteristika, der gør det muligt for vellykkede biobaserede kemikalier at afbalancere afvejningen mellem pris og efterspørgsel-og, vigtigt, let produceres fra biologiske kilder.

De håber, at disse egenskaber vil motivere andre biobrændstofforskere til at tage de næste skridt:at designe og udvikle plante- eller mikrobe-baserede veje til syntetisering af molekyler, der bliver morgendagens erstatningskemikalier.