Forskere introducerer idé til nye molekyler, innovation, værdi

Med råolie, der sælges for under $ 50 pr. Tønde, der er lidt økonomisk incitament til at udvikle biofornyelige kemikalier som kun drop-in-erstatninger til petrokemikalier.

Det er en realitet, der har ledere fra National Science Foundation Engineering Research Center for Biorenewable Chemicals (CBiRC) baseret på Iowa State University, der foreslår en ny model til at skabe, ansøger, og kommercialisering af kemikalier fremstillet af majsstængler, flis og andre kilder til biomasse.

Forskernes model er baseret på ni års CBiRC -arbejde med at studere, risikere og udvikle biofornyelige teknologier. Modellen opfordrer til at identificere "bioprivilegerede molekyler", der tilbyder unikke egenskaber, der kan føre til nye produkter.

Modellen blev introduceret af CBiRC's Brent Shanks og Peter Keeling i en nylig perspektivartikel, "Bioprivilegerede molekyler:skaber værdi fra biomasse, "udgivet af tidsskriftet Grøn kemi og fremhævet på forsiden. Shanks er direktør for CBiRC, en Anson Marston fremtrædende professor i teknik ved Iowa State og Mike og Jean Steffenson -formand i kemisk og biologisk teknik. Keeling er det industrielle samarbejde og innovationsdirektør for CBiRC.

"Bioprivilegerede molekyler efter deres oprindelse fra biologisk afledte molekyler og ledsagende overflod af funktionaliteter har potentiale til i høj grad at udvide bioprodukthorisonten ud over omfanget af petrokemikalier, "Shanks og Keeling skrev i deres papir.

De to definerer bioprivilegerede molekyler som kemiske mellemprodukter, der kommer fra biologiske kilder og effektivt kan omdannes til forskellige produkter, herunder nye kemikalier og drop-in udskiftninger til eksisterende kemikalier.

Shanks og Keeling præsenterede også deres ideer om bioprivilegerede molekyler under en workshop i januar støttet af National Science Foundation og en konference i juni sponsoreret af det amerikanske energiministerium.

"Det, vi taler om, er nye molekyler med nye egenskaber, "Keeling sagde." Der er ikke tænkt over disse molekyler, fordi de ikke var mulige fra petrokemikalier. Men der kan være stor værdi i denne nyhed. "

Shanks sagde, at CBiRC - etableret i 2008 med det mål at kombinere biologers og kemisers værktøjer til at udvikle hybridteknologier til produktion af biofornyelige kemikalier - har peget vejen til netop en sådan tilgang.

Ingen nye molekyler

Olieraffinaderier, der gør råolie til brændstoffer, producerer også lette gasser som et biprodukt. Virksomheder har taget disse gasser og gjort dem til de mellemliggende molekyler (alkener og aromater), der fodrer den petrokemiske industri og producerer dens plast, fibre, klæbemidler, vaskemidler, maling, blæk og meget mere.

Det er en industri, der har været i branchen i mere end et århundrede. Som resultat, det arbejder med velkendte molekyler og effektive processer, der producerer billige kemikalier.

Shanks sagde, at forskere tilknyttet CBiRC, som er blevet støttet af en række tilskud på i alt 35,26 millioner dollars fra National Science Foundation, fandt ikke økonomisk levedygtige måder for biobaserede kemikalier til at erstatte de petrokemikalier fra billig råolie.

Men, han sagde, at den petrokemiske industri ikke har produceret nye kommercielle molekyler i to årtier. Og det har skabt, hvad der kunne være en åbning for værdifulde biobaserede kemikalier.

"Spørgsmålet, du skal stille, er 'Har vi alle de molekyler, vi har brug for?' "Sagde Shanks." Er vi færdige? "

Vender sig til biobaserede molekyler

Shanks sagde, at CBiRC -forskere har spurgt forskere og ingeniører i forbrugerprodukterindustrien, om de havde alle de molekyler, de havde brug for.

"Det rungende svar, vi får, er nej, "sagde han." De siger, 'Vi har brug for ny innovation, Nye produkter, nye molekyler. '"

Så hvor skal disse molekyler komme fra?

Shanks og Keeling peger på biomasse fra planter som en kilde til nye mellemliggende molekyler.

"Biomasse-afledte råvarer holder særligt løfte om dramatisk at øge puljen af ​​mulige mellemprodukter, fordi de giver en rig vifte af kemisk kompleksitet, "skrev de i deres papir.

De resulterende kemiske produkter kan være næste generations lægemidler, næringsstoffer, antimikrobielle midler, insekticider, herbicider, forbrugsvarer og specialkemikalier.

"Der er ingen tvivl om, at biomasse-afledte molekyler har et stort løfte om at producere produkter med forbedrede egenskaber, "skrev de.

CBiRC -vejen

Nu hvor CBiRC har eksisteret i ni år, Shanks sagde, at forskningscentret har flere casestudier, der viser, hvordan bioprivilegerede molekyler skaber nye produkter og muligheder.

Muconsyre er et eksempel anført i Grøn kemi papir.

Sidste år, to forskere tilknyttet CBiRC - Zengyi Shao og Jean -Philippe Tessonnier, Iowa statsassistenter i kemisk og biologisk teknik - rapporterede, hvordan de producerede en biofornyelig nylon.

De startede med gensplejsede gær - "en mikrobiel fabrik, "Shao sagde - det gærer glukose til muconsyre. Derefter, ved hjælp af en metalkatalysator og lidt elektricitet, forskerne producerede 3-hexenedioinsyre. Med nogle enkle adskillelses- og polymeriseringstrin, de endte med biobaseret, umættet nylon-6, 6.

"Der er ingen god måde at komme til dette molekyle fra petrokemikalier, "Shanks sagde." Men biologi kan så mange ting. "

Det vil tage en masse test for at finde ud af, hvad bioprivilegerede molekyler kan gøre. Og derfor skrev Shanks og Keeling, at vejen frem bør omfatte nye beregnings- og eksperimentelle strategier til test af biobaserede kemikalier til nye og værdifulde applikationer.

Endnu engang, Keeling sagde, at CBiRC arbejder på at vise vejen ved at udvikle tilgange til systematisk at identificere bioprivilegerede molekyler samt strategier med stor gennemstrømning, der hurtigt kan evaluere tusinder af nye molekyler til applikationer i forskellige brancher.

"Vi siger, 'Lad os lave molekyler, '"Sagde Keeling." Det er meget svært at designe dig frem til et nyt molekyle. Så vi tager nyt, bioprivilegerede molekyler og se, hvor de bedst kan bruges. "