Katalytisk olefinmetates kan utföras i levande mikroalger. I denna process omvandlas fettsyror som lagras i algernas lipidorganeller till polymerbyggstenar och kemikalier. Kredit:Mecking Group
Vissa råvaror är begränsade och inte tillgängliga och utvinnbara överallt i världen – vilket vi blir mycket medvetna om just nu genom exemplet med fossila bränslen och stigande energipriser. Förnybara råvarukällor kommer därför att spela en allt viktigare roll i framtiden som energikällor, men helst också som leverantörer av byggstenar till mer miljöanpassade kemikalier och material.
För att kunna använda förnybara råvaror – som växtoljor – för tillverkning av kemikalier måste de först bearbetas och i vissa fall kemiskt omvandlas. I branschen kallas denna process vanligen för raffinering. Hittills krävdes komplexa processer för att utvinna och separera bioråvarorna från cellerna där de producerades, innan materialen kunde uppgraderas och vidarebearbetas.
Utöka cellernas naturliga maskineri
Doktorandforskaren Natalie Schunck och professor Stefan Mecking från Institutionen för kemi vid universitetet i Konstanz har nu öppnat upp ett sätt att göra steget att uppgradera hållbara råvaror mycket effektivare. De lyckades introducera lämpliga syntetiska katalysatorer, ämnen som åstadkommer de önskade uppgraderingsreaktionerna, i encelliga alger – specifikt till den plats där de producerar och lagrar sina lipider.
I deras senaste artikel i Angewandte Chemie International Edition , beskriver forskarna hur katalysatorerna framgångsrikt transporterades till sin destination. Dessutom ger de bevis för att katalysatorn de har använt förblir stabil i lipidlagringsutrymmena i algcellerna och uppfyller den förväntade uppgiften där:omvandlingen av de omättade fettsyrorna i algcellerna till modifierade, långkedjiga byggstenar som är lämpliga för produktion av hållbara kemikalier.
"Genom att introducera katalysatorerna lyckades vi tillföra en kemisk reaktion till algernas maskineri som inte förekommer i naturen men som är mycket relevant för uppgraderingen av oljor och fetter i råvaruförädlingsindustrin – olefinmetates. Algcellerna kunde därmed vändas till små raffinaderier", säger Mecking.
Bindande atmosfärisk koldioxid
Mikroalgerna Schunck valde är utmanande, eftersom de har en cellvägg som måste övervinnas. För att fortfarande smuggla sin katalysator till sin destination använde forskaren ett knep:Hon kopplade katalysatorn till ett färgämne som normalt används för att färga lipidlagren i algceller. På så sätt kunde hon säkerställa och även observera att katalysatorn når sitt mål.
"Natalie Schunck lyckades med detta mycket svåra experimentella arbete på grund av sina enastående egenskaper som forskare. Detta projekt krävde omfattande expertis inom kemi och gedigna kunskaper om biologi, som hon båda hade förvärvat i Life Science-programmet", förklarar Mecking.
Avgörande fördelar med sådana alger är uppenbara:De är fotoautotrofa och använder atmosfärisk koldioxid som kolkälla och solljus som energikälla för fotosyntesen av komplexa kemiska föreningar, såsom deras fettsyror. Detta gör dem till lovande kandidater när det gäller att hitta producenter av förnybara resurser.
"Genom att utöka det funktionella spektrumet av alger är vi nu ett steg närmare att använda dem på lång sikt som en levande mikrofabrik för hållbara kemikalier", avslutar Mecking. + Utforska vidare
