一种新技术的问世，使得常见的海藻（如常用于烹饪的Kkosiraegi）能够被转化为生物航空燃料和储能设备的优质原料。相关研究成果已在《化学工程杂志》上发表。
韩国能源研究院光州清洁能源研究中心的Kyoungseon Min博士与江原国立大学的研究团队合作，开发了一种从海藻中提取对映选择性生物航空燃料前体[(R)- γ -戊内酯]的工艺。该工艺中产生的剩余生物质也可作为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，替代传统的石油基化学品生产。近年来，海藻作为生物航空燃料的原料受到关注，因为与传统航空燃料相比，生物航空燃料的使用可减少高达82%的温室气体排放。因此，预计到2070年，生态友好的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过程中，温室气体减排的最佳方法是糖制喷气技术。通过预处理过程，生物质被转化为可发酵的糖，这些糖作为微生物发酵的碳源，用于生产生物航空燃料所需的前体。
然而，预处理过程复杂，且反应需要高压氢气，导致成本高昂。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，显示出效率亟待提升。
为应对这些挑战，研究团队开发了一种基于乙酰丙酸的工艺，通过一步酶促反应而非微生物发酵来生成前体。该工艺使得海藻可以通过简单的酸处理转化为乙酰丙酸，并通过酶促反应生成(R)- γ -戊内酯[(R)-GVL]，其增值效用高于传统前体。
该过程的关键在于通过酶促反应直接将乙酰丙酸转化为前体。像Kkosiraegi这样的海藻仅需酸处理即可转化为乙酰丙酸。随后，利用研究团队开发的工程酶，生成前体(R)-GVL。与传统工艺依赖微生物发酵不同，这种方法仅依赖酶促反应，使得从相同数量的生物质中可生产超过10倍的前体。
光纯(R)-GVL不仅可用作生物航空燃料，还可作为生物制药的中间体，例如高血压治疗药物。然而，为了使其用于高血压药物，必须选择性地仅生产(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存在局限性，因此对映选择性生产显得尤为重要。
研究团队设计的酶能够将乙酰丙酸转化为(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得到使用。
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。研究团队利用炭化的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。”
她补充道：“这项技术不仅开发了一种从海藻中生产适用于各个工业部门的增值材料的工艺，还利用剩余的生物质作为电极材料。这将为加速实现碳中和做出重大贡献。”
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希望本篇文章《海藻：航空燃料与药物成分的创新转化》能对你有所帮助！
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