面向可持續綠色製造：化學與生物的珠聯璧合

化學與生物之間的協作

近年來，太陽能、風能等新型能源受到廣泛關注，不過，我們卻很少看到「太陽能飛機」、「風能卡車」等交通工具大量普及起來。這是因為，太陽能、風能等這些新型能源固然很好，但是他們的能量密度不夠高，而且儲存困難，難以支撐飛機、卡車等這些重型器械的運行。交通運輸的快速發展迫切需要更多能量密度高、釋放快且可控的能源形式。

目前，液體燃料是相對理想的燃料，比如汽油、柴油、航空煤油等，他們的主要成分是不同鏈長的碳氫化合物。我們知道，汽油、柴油等都是從石油中提煉出來的，而傳統落後的能源煉製路線對我們的環境造成了很大壓力。

因此，現在國內外的科學家們都加快了潔凈能源路線的研發，希望能實現高品質液體燃料的綠色製造。而一些功能性碳氫化合物，比如潤滑油，也迫切需要發展可持續綠色製造過程。

目前，各國大力發展潔凈化工路線強化過程效率、減少污染物排放，取得了很大進展。除此之外，以生物質及其他豐富資源為原料的生物化工路線，被認為是一條製備生物能源、生物化學品的可持續綠色過程。這條路線以微生物或者酶為催化劑，將（廢棄）生物質或者其他資源轉化成高值生物能源以及化學品。這個過程條件相對溫和，且生物相容性好。

植物油種植效率低，且依賴地理、氣候因素，採用微生物反應器，利用生物質、頁岩氣等生物資源能增加過程效率（圖1）。

圖1

碳氫化合物生物製造

化學催化與生物轉化各有優勢：化學催化效率高，但是選擇性低，難以合成一些分子量大、結構複雜的特異性分子；生物轉化選擇性好，但是一些簡單催化步驟比化學催化效率低。

既然二者各有千秋，何不珠聯璧合？這樣就能建立起聯合生產路線，從而實現長鏈碳氫化合物甚至其他化合物的可持續高效合成，共同推動未來可持續綠色製造（圖2）。

圖2化學催化與生物合成珠聯璧合實現綠色能源及化學品綠色製造

生物化工路線製備長鏈碳氫化合物，這個提法很新穎，也非常有前景，目前已經有很多科學家為之努力並取得了進展。比如，科學家們已經成功構建了酶及微生物細胞催化劑，實現了烷烴、(α）-烯烴、法尼烯等碳氫化合物生物合成。

中科院大連化學物理研究所一直重視多學科交叉，建立聯合生產路線實現重要化學過程，比如，構建了無機-生物酶催化系統實現了太陽能水解制氫；通過構建離子液體水解-微生物轉化路線實現了廢棄生物質製備油脂等。該所還將進一步加強學科的交叉融合，特別是化學轉化與生物轉化融合，實現高品質液體燃料及化學品可持續綠色製造。

雖然科學家們已經在該領域取得了很多的成果，但是目前面臨的挑戰也不小。比如說，過程效率還不夠高、微生物細胞催化劑性能還不夠強等。

來源：中國科學院大連化學物理研究所

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