Водород, полученный микробами, успешно обеспечил гидрирование целевых химических веществ в мягких условиях с низкой энергией.
Большинство из нас воспринимает засохший, забытый кусочек хлеба как потенциальный кандидат на выбрасывание в мусорное ведро или, возможно, как лакомство для птиц.
Однако ученые из Эдинбургского университета видят в этом потенциальное решение для химической промышленности.
Они использовали отходы хлеба для получения энергии в процессе гидрогенизации — жизненно важном химическом процессе, который в настоящее время используется для производства всего, от фармацевтических препаратов до пластмасс.
В частности, для переработки сахаров из хлебных отходов использовался распространенный штамм кишечной палочки. Эта новая технология предлагает масштабируемую, экологически чистую альтернативу для различных отраслей промышленности.
«Гидрогенизация лежит в основе значительной части современного производства, но оно по-прежнему почти полностью зависит от водорода, получаемого из ископаемого топлива», — сказал профессор Стивен Уоллес, заведующий кафедрой химической биотехнологии Школы биологических наук Эдинбургского университета.
Процесс без использования ископаемого топлива
Современные производственные процессы в значительной степени зависят от ископаемого топлива, выделяющего углерод.
В частности, в процессе гидрирования используется водород, получаемый из ископаемого топлива.
Гидрогенизация — это промышленный процесс, используемый для превращения таких веществ, как жидкие растительные масла, в стабильные твердые жиры, а также для синтеза фармацевтических препаратов, пластмасс и топлива.
В этой реакции обычно используются металлические катализаторы — такие как никель, палладий или платина — для обеспечения химического производства широкого спектра жизненно важных товаров.
Однако это энергоемкий цикл, богатый углеродом, требующий экстремального давления и температуры, сравнимых с теми, что наблюдаются на дне океана.
Команда профессора Уоллеса значительно сократила потребность в водороде, получаемом из ископаемого топлива, в химическом производстве, разработав оригинальный метод в одной колбе, использующий отходы хлеба в качестве топлива.
Исследование показывает, что гидрирование может осуществляться с помощью водорода, вырабатываемого естественным образом живыми бактериями.
В ходе этого процесса распространенный штамм кишечной палочки питали сахарами, извлеченными из выброшенного хлеба, чтобы создать биологический двигатель.
В бескислородной среде эти бактерии производят собственный водород. При добавлении небольшого количества палладиевого катализатора в герметичную колбу при температуре, близкой к комнатной, реакция происходит без единой капли ископаемого топлива.
Этот водород, произведенный микробами, успешно обеспечил гидрирование целевых химических веществ в мягких условиях с низкой энергией.
Более зеленый горизонт
Применение этого одностадийного микробиологического метода имеет множество последствий.
Этот процесс превращает проблему утилизации отходов в производственный актив, предотвращая попадание хлеба на свалки, выделяющие метан, и заменяя его водородом, получаемым из ископаемого топлива.
«Мы показали, что живые клетки могут напрямую производить водород, используя отходы в качестве сырья, и делать это таким образом, чтобы это было фактически углеродно-отрицательно», — пояснил Уоллес.
«Этот подход не ограничивается только пищевой химией. Гидрогенизация используется в фармацевтике, тонкой химии и материаловении. Возможность проводить эти реакции с использованием микробного водорода открывает новые возможности для устойчивого производства в больших масштабах», — добавил автор.
Теперь команда переходит к следующему этапу исследований, цель которого — полностью исключить необходимость использования металлических катализаторов.
Эксперты считают, что этот углеродно-нейтральный метод на основе биоматериалов может положить начало «зеленой» промышленной революции в Великобритании и за ее пределами. Технология предлагает устойчивую модель, которая, как надеются исследователи, вдохновит на дальнейшее корпоративное партнерство и инновации в производстве с использованием возобновляемых материалов и материалов, полученных из отходов.
Результаты исследования были опубликованы в журнале Nature Chemistry 23 февраля.
Sourse: interestingengineering.com
