蘇黎世瑞士聯(lián)邦理工學院(ETH)的先進催化工程和安全環(huán)保技術組合作，分別由JavierPérez-Ramírez和KonradHungerbuehler領導，給出了新的級聯(lián)過程。甘油首先通過已建立的酶促過程被氧化得到二羥基丙酮。然后二羥基丙酮在含錫的沸石催化劑下被異構化而得到乳酸，該催化劑結構由ETH蘇黎世課題組設計。

生產(chǎn)生物柴油(頂層)時，大量的甘油(底層)剩下©BoCheng/ETHZurich

對于生物柴油需求的不斷增加意味著甘油將處于供過于求的狀態(tài)，并且目前任何多余的甘油必須被處理掉。甘油相當于制成燃料的10%(重量比)。預計生物柴油生產(chǎn)的甘油產(chǎn)量在2020年將達到約370萬噸，而2014年生產(chǎn)的甘油約為250萬噸。

乳酸通常用于生產(chǎn)大宗化學品如丙烯酸和丙酮酸。然而，聚合乳酸可以得到一種生物可降解塑料，稱為聚乳酸(PLA)。PLA作為包裝材料有多種應用，并預計可成為常用聚合物PET的環(huán)保替代品。

在ETH蘇黎世食堂用聚乳酸做成的塑料杯©BoCheng/ETHZurich

用于合成乳酸的新工藝面臨其傳統(tǒng)生產(chǎn)方式糖發(fā)酵的可持續(xù)發(fā)展和成本的挑戰(zhàn)。使用廢料作為原料，減少了能源需求和二氧化碳排放量，其與沸石催化劑的再循環(huán)利用相結合，有助于提升新級聯(lián)路徑提供的經(jīng)濟優(yōu)勢。

另一個好處在于在級聯(lián)過程比發(fā)酵法更快。“無機催化劑的優(yōu)勢在于如果設計得當，它可以高效地工作并能處理更濃和/或較低純度的溶液，”Pérez-Ramírez解釋道。

丹麥托普索公司催化科學家EsbenTaarning這樣評價本研究的杰出成果：“選擇性將生物基原料轉化成化學品通常十分復雜，這是由發(fā)酵技術的高成本導致的。這項工作優(yōu)雅地表現(xiàn)了將生物轉化和化學催化結合的潛力，從而降低整個生產(chǎn)過程的成本。”

Pérez-Ramírez認為，這項研究的跨學科性質(zhì)是這項進展的中心：“當你把不同的領域的專業(yè)知識放在一起時，比如在我們的例子中，將催化劑的設計和流程建模結合起來可以實現(xiàn)協(xié)同效應，讓我們能夠更快地進步，并對復雜問題有更深入的了解。”

相關論文：MMoralesetal,EnergyEnviron.Sci.,2015,DOI:10.1039/c4ee03352c