Biến đường thành hydrocacbon để cung cấp năng lượng cho phương tiện giao thông trong tương lai

02/12/2021
Trong một nghiên cứu trên tạp chí Nature Chemistry, các nhà khoa học đã khai thác những điều kỳ diệu của sinh học và hóa học để biến glucose (một loại đường) thành olefin (một loại hydrocacbon), và một trong một số loại phân tử tạo nên xăng.

Dự án do các nhà hóa sinh Zhen Q. Wang tại Đại học Buffalo và Michelle C. Y. Chang tại Đại học California, Berkeley đứng đầu. Bài báo, được xuất bản vào ngày 22 tháng 11 năm 2021, đánh dấu một bước tiến trong nỗ lực tạo ra nhiên liệu sinh học bền vững.

Zhen Wang, phó giáo sư khoa sinh học của Đại học Buffalo - một chuyên gia về sinh học tổng hợp (Ảnh: Douglas Levere / University at Buffalo)

TS. Wang cho biết Olefin bao gồm một tỷ lệ nhỏ các phân tử trong xăng, nhưng quy trình mà nhóm phát triển có thể sẽ được điều chỉnh trong tương lai để tạo ra các loại hydrocacbon khác, bao gồm một số thành phần khác của xăng. Bà cũng lưu ý rằng olefin có các ứng dụng phi nhiên liệu, vì chúng được sử dụng trong chất bôi trơn công nghiệp và làm tiền chất để sản xuất các loại chất dẻo/nhựa.

Quy trình hai bước sử dụng vi khuẩn ăn đường và chất xúc tác

Để hoàn thành nghiên cứu, các nhà khoa học đã bắt đầu bằng cách cung cấp đường cho các chủng vi khuẩn E. coli không gây nguy hiểm cho sức khỏe con người. Vi khuẩn E. coli trong các thí nghiệm đã được biến đổi gen để tạo ra một bộ bốn enzym chuyển đổi glucose thành các hợp chất được gọi là axit béo 3-hydroxy. Khi vi khuẩn tiêu thụ glucose, chúng cũng bắt đầu tạo ra các axit béo. Để hoàn thành quá trình chuyển đổi, nhóm nghiên cứu đã sử dụng chất xúc tác gọi là niobium pentoxit (Nb2O5) để cắt các phần không mong muốn của axit béo trong một quy trình hóa học, tạo ra sản phẩm cuối cùng: olefin.

Một bình chứa chủng vi khuẩn E. coli không gây nguy hiểm cho sức khỏe con người (Ảnh: Douglas Levere / University at Buffalo)

Các nhà khoa học đã xác định các enzym và chất xúc tác thông qua quá trình thử và sai, thử nghiệm các phân tử khác nhau với các đặc tính phù hợp với các nhiệm vụ trước mắt. TS. Wang chia sẻ: “Chúng tôi kết hợp những gì sinh học và hóa học có thể làm tốt nhất với nhau để tạo ra quy trình hai bước này. Sử dụng phương pháp trên, chúng tôi có thể tạo ra olefin trực tiếp từ glucose.”

Glucose sinh ra từ quá trình quang hợp, có tác dụng kéo CO2 ra khỏi không khí

Theo TS. Wang, sản xuất nhiên liệu sinh học từ các nguồn tài nguyên tái tạo như glucose có tiềm năng rất lớn để thúc đẩy công nghệ năng lượng xanh. Glucose được thực vật tạo ra thông qua quá trình quang hợp, biến carbon dioxide (CO2) và nước thành oxy và đường. Vì vậy, carbon trong glucose - và sau này là olefin - thực sự là từ carbon dioxide đã được rút ra khỏi khí quyển.

Tuy nhiên, trong tương lai cần có thêm nhiều nghiên cứu để hiểu thêm về lợi ích của phương pháp mới và liệu nó có thể được nhân rộng một cách hiệu quả để sản xuất nhiên liệu sinh học cũng như cho các mục đích khác hay không. Một trong những câu hỏi đầu tiên cần được giải đáp là quá trình sản xuất olefin tiêu thụ bao nhiêu năng lượng; nếu chi phí năng lượng quá cao, công nghệ sẽ cần được tối ưu hóa để có thể thực tế trên quy mô công nghiệp.

Các nhà khoa học cũng quan tâm đến việc tăng số lượng. Hiện tại, cần 100 phân tử glucose để tạo ra khoảng 8 phân tử olefin, theo TS.Wang. Nhóm nghiên cứu muốn cải thiện tỷ lệ đó, tập trung vào việc khuyến khích vi khuẩn E. coli sản xuất nhiều axit béo 3-hydroxy hơn cho mỗi gam glucose được tiêu thụ.

Nguồn bài báo: https://www.nature.com/articles/s41557-021-00820-0

Nguồn: Sci Tech Daily
Xử lý tin: Phương Hà



Tags:
Tin liên quan