Các sản phẩm vi sinh vật khác với hydrocarbon hóa thạch trong hai điểm chính: Sản phẩm chứa quá nhiều oxy và có quá nhiều các nguyên tử khác bám dính vào carbon. Để các hydrocarbon vi sinh vật hoạt động trong những quy trình tổng hợp hiện nay, phải được khử oxy hóa và loại bỏ những nhóm hóa học ngoại lai, đòi hỏi tiêu thụ năng lượng.
Nhóm nhà hóa học từ Đại học California, Berkeley và Đại học Minnesota đang thiết kế các vi sinh vật, tiêu thụ đường glucose, có thể tạo ra những chuỗi hydrocarbon, cho phép khử oxy dễ dàng với mức gia nhiệt thấp.
Quy trình mới cho phép vi sinh vật sản xuất nhiều loại hóa chất, hiện đang được chiết xuất từ dầu và khí đốt để sản xuất các sản phẩm cần thiết như chất bôi trơn từ hydrocarbon chuỗi trung bình, chứa từ 8 đến 10 nguyên tử carbon.
Quy trình này hướng tới việc khử oxy hóa các sản phẩm của vi sinh vật, sử dụng glucose từ sinh khối thực vật tạo ra để sản xuất các tiền chất, bền vững hơn và có thể tái tạo, không sử dụng dầu và các nhiên liệu hóa thạch khác.
Vi khuẩn được thiết kế để tạo ra các chuỗi hydrocarbon có độ dài trung bình, có thể dễ dàng điều chỉnh tạo ra các chuỗi có độ dài khác nhau, bao gồm các hydrocarbon mạch ngắn, sử dụng làm tiền chất của các loại nhựa phổ biến như polyethylene, hydrocarbon mạch dài để sản xuất dầu diesel.
Để vi khuẩn tạo ra các hydrocarbon tương tự các tiền chất nhiên liệu hóa thạch, nhóm nghiên cứu đã tìm kiếm cơ sở dữ liệu những enzym từ các vi khuẩn khác, có thể tổng hợp được hydrocarbon chuỗi trung bình đồng thời tìm kiếm một loại enzym, có thể thêm một nhóm hóa học đặc biệt, axit carboxylic vào một đầu của chuỗi hydrocarbon để thành axit béo.
Từ kết quả thu được, các nhà nghiên cứu chèn 5 gene riêng biệt vào vi khuẩn E. coli , buộc vi khuẩn này lên men glucose và tạo ra axit béo chuỗi trung bình mong muốn. Các phản ứng enzym thêm vào không phụ thuộc hoặc trực giao với các con đường tạo enzym riêng của vi khuẩn, có hiệu quả cao hơn so với việc điều chỉnh mạng lưới trao đổi chất phức tạp của vi khuẩn.
Bước cuối cùng là chuyển đổi axit béo chuỗi trung bình thành olefin bằng phản ứng xúc tác, tiền chất của polymer và chất bôi trơn.
Nhóm nghiên cứu đã thực hiện một phản ứng xúc tác đơn giản, được gọi là xúc tác axit Lewis loại bỏ axit carboxylic khỏi các sản phẩm vi sinh cuối cùng là axit 3-hydroxyoctanoic và axit 3-hydroxydecanoic, tạo thành olefin heptene và none. Xúc tác axit Lewis sử dụng ít năng lượng hơn so với các phản ứng oxy hóa khử, cần thiết để loại bỏ oxy khỏi các sản phẩm tự nhiên, tạo thành hydrocarbon tinh khiết.
Quy trình sản xuất Olefin từ axit béo chuỗi trung bình
Chuỗi heptene với 7 nguyên tử carbon và none với 9 nguyên tử carbon, có thể trực tiếp sử dụng làm chất bôi trơn, dễ dàng bẻ khóa thành chuỗi hydrocarbon nhỏ hơn làm tiền chất cho các polymer nhựa như polyetylen hoặc polypropylen hoặc được liên kết lại tạo thành chuỗi hydrocarbon dài hơn, tương tự như các hydrocarbon trong sáp và dầu diesel.
Các nhà khoa học cho biết, mục tiêu lâu dài và bền vững hơn là thiết kế lại hoàn toàn các quy trình tổng hợp hydrocarbon công nghiệp và chất dẻo nhằm tối ưu hóa khả năng sử dụng những loại hóa chất mà vi sinh vật tạo ra, hiệu quả hơn việc thay đổi các sản phẩm vi sinh cho phù hợp với các quy trình tổng hợp hiện có. Bằng cách này có thể tạo ra monome từ đường glucose bằng cách lên men để sản xuất chất dẻo có nhưng đặc tính tương tự như nhựa thông dụng nhưng dễ phân hủy và tái chế hơn cấu trúc vững chắc của polyethylene hoặc polypropylene.
