新方法利用廢棄面包替代化石燃料驅(qū)動(dòng)化學(xué)品制造

微生物產(chǎn)生的氫氣成功在溫和、低能耗條件下為目標(biāo)化學(xué)品的氫化反應(yīng)提供了燃料。

我們大多數(shù)人看到一塊被遺忘的干硬面包邊角，會(huì)認(rèn)為它該扔進(jìn)垃圾桶，或者頂多拿來(lái)喂鳥。

然而，愛荷華大學(xué)的科學(xué)家們卻從中看到了化學(xué)工業(yè)的潛在解決方案。

他們利用廢棄面包為氫化反應(yīng)提供能量——這是一種至關(guān)重要的化學(xué)過程，目前從藥品到塑料的制造都離不開它。

具體來(lái)說(shuō)，他們利用一種常見的大腸桿菌來(lái)消耗廢棄面包中的糖分。這項(xiàng)新技術(shù)為各行各業(yè)提供了一種可規(guī)模化推廣的綠色替代方案。

愛荷華大學(xué)生物科學(xué)學(xué)院化學(xué)生物技術(shù)教授斯蒂芬·華萊士表示："氫化反應(yīng)是現(xiàn)代制造業(yè)眾多領(lǐng)域的基礎(chǔ)，但目前它幾乎完全依賴于從化石燃料中提取的氫氣。"

無(wú)化石燃料過程

現(xiàn)代制造過程主要依賴排放碳的化石燃料。

具體而言，氫化反應(yīng)一直依賴于從化石燃料中提取的氫氣。

氫化反應(yīng)是一種工業(yè)過程，用于將液態(tài)植物油等物質(zhì)轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的固態(tài)脂肪，以及合成藥品、塑料和燃料。

這類反應(yīng)通常依賴鎳、鈀或鉑等金屬催化劑，來(lái)驅(qū)動(dòng)各類基礎(chǔ)產(chǎn)品的化學(xué)合成。

然而，這是一個(gè)高碳排放、高能耗的循環(huán)過程，需要極高的壓力和溫度，堪比深海海底的環(huán)境。
華萊士教授的團(tuán)隊(duì)通過開發(fā)一種巧妙的、利用廢棄面包供能的單步反應(yīng)方法，大幅減少了對(duì)化石燃料制氫的依賴。

研究揭示，氫化反應(yīng)可以由活細(xì)菌自然產(chǎn)生的氫氣來(lái)驅(qū)動(dòng)。

在該過程中，研究人員利用從廢棄面包中提取的糖分喂養(yǎng)一種常見的大腸桿菌，將其打造成一個(gè)生物引擎。

在無(wú)氧環(huán)境中，這些細(xì)菌會(huì)產(chǎn)生自己的氫氣。當(dāng)在密封的燒瓶中，在接近室溫的條件下，將這些氫氣與微量的金屬鈀催化劑結(jié)合，反應(yīng)即可發(fā)生，全程無(wú)需一滴化石燃料衍生的氫氣。

這種微生物產(chǎn)生的氫氣成功地在溫和、低能耗條件下為目標(biāo)化學(xué)品的氫化反應(yīng)提供了動(dòng)力。

更綠色的前景

這種"一鍋法"微生物工藝的意義是多方面的。

該過程將原本可能送往垃圾填埋場(chǎng)產(chǎn)生甲烷的面包（一種廢棄物處理負(fù)擔(dān)）轉(zhuǎn)化為制造過程中的資產(chǎn)，并取代了來(lái)自化石燃料的氫氣。

華萊士解釋說(shuō)："我們已經(jīng)證明，活細(xì)胞能夠直接提供這種氫氣，利用廢棄物作為原料，并且這種方式實(shí)際上可以實(shí)現(xiàn)碳負(fù)排放。"

"這種方法并不僅限于食品化學(xué)領(lǐng)域。氫化反應(yīng)廣泛應(yīng)用于制藥、精細(xì)化工和材料科學(xué)。能夠利用微生物產(chǎn)生的氫氣進(jìn)行這些反應(yīng)，為大規(guī)模可持續(xù)制造開辟了新的可能性。"他補(bǔ)充道。

該團(tuán)隊(duì)現(xiàn)已著手下一階段的研究，目標(biāo)是完全消除對(duì)金屬催化劑的需求。

專家們相信，這種碳負(fù)排放的、基于生物的方法可能會(huì)在英國(guó)及其他地區(qū)引發(fā)一場(chǎng)綠色工業(yè)革命。這項(xiàng)技術(shù)提供了一個(gè)可持續(xù)的藍(lán)圖，研究人員希望它能激勵(lì)更多企業(yè)合作與創(chuàng)新，推動(dòng)利用可再生和廢棄物衍生材料進(jìn)行制造。

該研究成果于2月23日發(fā)表在《自然·化學(xué)》期刊上。

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