荷蘭代爾夫特理工大學(xué) (TU Delft) 的一組研究人員在從廢氣發(fā)酵中純化異丙醇和丙酮方面取得了開創(chuàng)性進(jìn)展，向可持續(xù)工業(yè)發(fā)酵邁出了一大步。該研究發(fā)表在 SCI 的 《化學(xué)技術(shù)與生物技術(shù)雜志》上，介紹了有望提高大規(guī)模生產(chǎn)的效率和可行性的新穎工藝。

異丙醇和丙酮的全球市場(chǎng)總計(jì)達(dá) 100 億美元。這兩種化學(xué)品都是重要的工業(yè)溶劑，異丙醇由于其低毒性也作為藥物成分具有重要的應(yīng)用。傳統(tǒng)生產(chǎn)依賴于化石碳依賴的方法，隨著更嚴(yán)格的環(huán)境法規(guī)的出臺(tái)，這種方法變得越來(lái)越不受歡迎。

顛覆傳統(tǒng)生產(chǎn)

一種有前途且更可持續(xù)的制造工藝涉及使用工程細(xì)菌回收工業(yè)廢氣和合成氣(可以從生物廢物中產(chǎn)生的一氧化碳和氫氣的混合物)。值得注意的是，LanzaTech 是一家美國(guó)生物技術(shù)公司，與代爾夫特理工大學(xué)的研究無(wú)關(guān)，目前正在試驗(yàn)這種合成氣發(fā)酵方法來(lái)生產(chǎn)異丙醇和丙酮。

該技術(shù)規(guī)模化的潛在障礙在于產(chǎn)品純化階段;發(fā)酵方法的限制意味著產(chǎn)品濃度較低，導(dǎo)致發(fā)酵液非常稀。

代爾夫特理工大學(xué)化學(xué)工程和生物技術(shù)教授、該研究的通訊作者 Anton A. Kiss 解釋道：“挑戰(zhàn)在于在不增加能源成本的情況下，去除每公斤產(chǎn)品中的大量水分。” 我們的研究通過確定允許大量工藝熱回收的最佳操作條件來(lái)解決這個(gè)問題。

高效的下游流程

該團(tuán)隊(duì)重點(diǎn)研究了異丙醇和丙酮初始回收的兩種選擇：真空蒸餾和傳遞蒸餾。Kiss 解釋說：“真空蒸餾是一種可用于回收揮發(fā)性發(fā)酵產(chǎn)物的經(jīng)典方法，而直通蒸餾是一種新穎的分離方法，從未應(yīng)用于復(fù)雜的混合物。” 他指出，通過式蒸餾方法不需要使用真空蒸餾所需的昂貴的制冷設(shè)備。

通過工業(yè)規(guī)模工藝的成功設(shè)計(jì)，獲得了高純度異丙醇和丙酮，回收率超過99.2%。研究表明，所有提出的工藝在成本和環(huán)境影響方面都具有高度競(jìng)爭(zhēng)力。在考慮將這些工藝集成到工廠中時(shí)，Kiss 表示，“由于電力和供暖設(shè)施的可用性可能存在差異，因此應(yīng)根據(jù)工廠的具體位置選擇最佳工藝設(shè)計(jì)。”

為可持續(xù)工業(yè)發(fā)酵鋪平道路

本研究中提出的新型異丙醇和丙酮回收工藝標(biāo)志著可持續(xù)工業(yè)發(fā)酵向前邁出了重要一步。該團(tuán)隊(duì)現(xiàn)在將注意力轉(zhuǎn)向其他高價(jià)值化學(xué)品的純化。Kiss 解釋說：“我們正在設(shè)計(jì)發(fā)酵液中各種揮發(fā)性化學(xué)物質(zhì)的回收工藝，以找到通用的設(shè)計(jì)規(guī)則。我們正在開展合作，將我們的知識(shí)轉(zhuǎn)移給能夠在工業(yè)中實(shí)施這些設(shè)計(jì)的公司。”