一项新技术已经开发出来，可以将常见的海藻(如经常用于烹饪的Kkosiraegi)转化为生物航空燃料和储能设备的高质量来源。研究结果发表在《化学工程杂志》上。
韩国能源研究院光州清洁能源研究中心的Kyoungseon Min博士的研究小组与江原国立大学合作，开发了一种从海藻中生产对映选择性生物航空燃料前体[(R)- γ -戊内酯]的工艺。该生产过程中剩余的生物质也可以用作锂离子电池的负极材料。
在生物精炼厂中利用海洋生物质，如海藻，可以生产燃料和化学品，取代传统的以石油为基础的化学品生产。最近，海藻作为生物航空燃料的原料受到了关注，因为与传统航空燃料相比，使用生物航空燃料可以减少高达82%的温室气体排放。因此，预计到2070年，生态友好型生物航空燃料市场将占整个航空燃料市场的35%。
在商业化的生物航空燃料生产工艺中，温室气体减排效果最大的方法是糖制喷气技术。通过预处理过程，生物质转化为可发酵的糖，这些糖被用作微生物发酵的碳源，以生产生物航空燃料生产所需的前体。
然而，预处理过程很复杂，而且反应需要高压氢气，这使得该过程成本高昂。此外，通过该过程产生的前体量仅为所用可发酵糖的15%左右，这表明需要全面提高效率。
为了解决这些挑战，研究小组开发了一种基于乙酰丙酸的工艺，通过一步酶促反应而不是微生物发酵来产生前体。利用该工艺，海藻可以通过简单的酸处理转化为乙酰丙酸，通过酶促反应生成(R)- γ -戊内酯[(R)-GVL]，比传统前体具有更高的增值效用。
这个过程的关键是通过酶促反应直接将乙酰丙酸转化为前体。像Kkosiraegi这样的海藻只需要酸处理就能转化为乙酰丙酸。然后，使用研究小组开发的工程酶，产生前体(R)-GVL。与需要微生物发酵生物质的传统工艺不同，这种方法只依赖于酶促反应，允许从相同数量的生物质中生产10倍以上的前体。
光纯(R)-GVL不仅可以用作生物航空燃料，还可以用作生物制药的中间体，如高血压治疗。然而，为了使其用于高血压药物，有必要选择性地仅生产(R)-GVL形式。
典型的钌基催化剂将生物质转化为(R)-和(S)-形式的混合物(光学异构体)，但这种混合物在生物塑料和生物制药等增值应用中具有局限性，这使得对映选择性生产变得重要。
研究小组设计的酶可以将乙酰丙酸转化为(R)-GVL，准确率超过99.999%。迄今为止，由于缺乏选择性生产(R)-GVL的技术，阻碍了其在生物制药领域的应用。然而，这项新技术的发展标志着一个转折点，使其未来能够在此类应用中使用。
此外，乙酰丙酸生产后剩余的Kkosiraegi残渣通过碳化工艺作为锂离子电池的负极材料。研究组利用炭化的Kkosiraegi残渣制备了锂离子电池的负极材料“硬碳”。他们将这种材料应用于锂离子电池，并分析了其容量、输出和寿命特性，确认了其实际应用的潜力。
首席研究员闵景善(音译)博士表示:“韩国三面环海，从地缘政治的角度来看，在获取海藻方面处于有利地位。”
她补充说:“这项技术不仅开发了一种从海藻中生产适用于各种工业部门的增值材料的工艺，而且还利用剩余的生物质作为电极材料。这可以为加速实现碳中和做出重大贡献。”
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