הנדסה ביוכימית לייצור בר קיימא של Biolubricants

שדה מתפתח של Biolubricant הפקה

תעשיות ברחבי העולם נמצאות תחת לחץ גובר להפחית את טביעת הרגל הסביבתית שלהם תוך שמירה על יעילות מבצעית. Lubricants מהווה חלק משמעותי של קונפורציות תעשייתיות, עם מיליוני טונות של שמנים המבוססים על נפט הנכנסים לזרימי פסולת בכל שנה.השינוי לעבר ביו-קלוריות - פלוריצים שמקורם במקורות ביולוגיים מתחדשים - מייצגים צעד קריטי בצמצום זיהום וצמצום התלות על דלקים סופיים מספק את המשתנים אלה, כלומר, תהליכים ביולוגיים יעילים, אשר מספקים את התהליכים הבין-טכנולוגיים ביולוגיים, אשר מספקים, אשר מספקים את התהליכים הבין-טכנולוגיים ביולוגיים יעילים, אשר מספקים, אשר מספקים, אשר מספקים את התהליכים הבין-טכנולוגיים ביולוגיים יעילים, אשר מספקים, אשר מספקים, אשר מספקים, אשר מספקים, שיטות הנדסיים ביולוגיים יעילים, אשר מספקים, אשר מספקים, אשר מספקים, אשר מספקים, שיטות הנדסיים יעילים, כלומר, שיטות הנדסיים, כלומר, שיטות ייצור, שיטות יעילות, שיטות הנדסיות, יעילות, יעילות, אשר נועדו לשיטות הנדסיות, אשר נועדו לשיטות ביולוגיות, יעילות, יעילות, יעילות, יעילות, יעילות, לשיטות הנדסיות, לשיטות הנדסיות, אשר נועדו לתהליכי-כך, אשר מספקים, אשר מספקים, אשר נועדו לשיטות ביולוגיות, כלומר, אשר נועדו ל

שמנים מינרליים מסורתיים, בעוד יעילים, מהווים סיכונים סביבתיים חמורים: הם לא-biodegradable, רעילים לחיים מימיים, ואת החילוץ שלהם ומימון לתרום רבות פליטות גזי החממה. לעומת זאת, ביוקלורקנטים מציעים נתיב מתחדש המיישר עם עקרונות כלכלה מעגלית.השוק הביולוגי העולמי מאפשר לגדול באופן משמעותי במהלך העשור הבא, מונע על ידי מנדטים, קיימות חברתית, וביקוש סטנדרטי לשרירים סטנדרטיים, עם עלויות גבוהות יותר, עם עלויות גבוהות יותר, עם עלויות גבוהות יותר, עם עלויות טכנולוגיות גבוהות יותר, עם עלויות גבוהות יותר, על ידי חומרים כימיים.

Defining Biolubricants: Properties and Advantages

קומפוזיציה ומקורות

ביולוליקים מפורשים משמן בסיס שמקורו בעיקר משמן צמחי (כגון אוונס, סויה, דקל ושמן סיטור), שמן בעלי חיים, או שמנים מיקרוביאליים המיוצרים על ידי מיקרואורגניזמים מהונדסים מכונים (כמו אורגונים מהונדסים), אלה מניות בסיס לעתים קרובות משתנים מבחינה כימית - באמצעות טרנססטרציה, חמצון או אורגניזמים סינתטיים, כדי לשפר את הגמישות, תכונות מתכתיות ונפיחות רגילה, אשר כוללים חומרים כימיים.

יתרונות ביצועיים מרכזיים

ביולולריקרים אינם רק תחליף "ירוק"; הם לעתים קרובות שמנים מינרלים מפורשים במספר כבוד.הההה הגבוהה שלהם מפחיתה את החיכוך והלבשה, אשר יכול להאריך את חיי הציוד ואת צריכת האנרגיה הנמוכה יותר.ביוליטרים רבים יש נקודות פלאש גבוהות יותר, מה שהופך אותם בטוח יותר להתמודד עם סביבת עבודה גבוהה.

נהגים סביבתיים וכלכליים

מסגרות תגמול כמו Ecolabel של האיחוד האירופי ואת העיצוב של ארה"ב EPA עבור תוכנית הסביבה להגביר את השימוש של lubricants ביו-degradable.יתר, שפך של lubricants מבוסס נפט במחיר של עלויות ניקוי משמעותיות אחריות, בעוד ביו-תועלתנים להפחית סיכונים כאלה מבחינה כלכלית, למרות עלות גבוהה יותר של biolubricants, לעתים קרובות, כמו עלויות תחזוקה מופחתת, כמו גם עלות נמוכה יותר, כמו גם עלות תעשייתיות, כמו גם עלות גבוהה יותר, כמו גם עלות גבוהה יותר, כמו עלויות ייצור מופחתת, כמו גם עלות גבוהה יותר, כמו גם עלות גבוהה יותר, כמו גם עלות גבוהה יותר, כמו עלויות תחזוקה נמוכה יותר, כמו עלויות תחזוקה נמוכה יותר, כמו גם עלות גבוהה יותר, 000.

התפקיד המרכזי של הנדסה ביוכימית

הנדסה ביוכימית מתייחסת לעקרונות של ביולוגיה, כימיה והנדסה לפיתוח תהליכים בר-קיימא וכלכלית לייצור ביוכימיים - כולל ביו-lubricants. משמעת זו חיונית לתרגום תגליות בקנה מידה מעבדה למציאות התעשייתית.זה כולל הכל מהנדסת זנים ואופטימיזציה בינונית לתכנון ביולוגי ועיבוד מטה הזרם.ללא התרומות הנדסיות אלה, ביו-קלורקטרינטים יישארו מוצרים נישה ולא חלופות מינסטרים.

פיתוח והנדסת מטאבולי

הבסיס של ייצור ביולולי (Blubricant) הוא מניפולציה של מיקרואורגניזמים כגון:0Escherichia coliveFLT:1, FLT:2Saccharomyces cerevisiae (בקיצור של cerase) ו- irginiclys (מהפכה ל-cototicial) של חומרים כימיים (FLT) ו-cotoicial) ל-cotocericials (מהפכה ל-cotoicial) של חומרים ל-cotocerulicial)

תהליך הפחתת אופטימיזציה

אופטימיזציה של תנאי תסיסה היא קריטית למקסימום של תשואה ופרודוקטיביות. פרדוקסים כגון טמפרטורה, pH, מתמוסס חמצן, שיעורי האכלה תזונתית, יחסי פחמן-ל-ניטרוגן חייבים להיות מבוקר בקפידה.פד-batchation הוא בדרך כלל מועסק כדי למנוע מעכב תת-סטריט ולהשיג משקעים איכותיים.בנוסף, השימוש של הזנות מתחדשות - כגון גליקול גסה ממהנדסים גולמיים מייצור ביו-תזונה, לעתים רחוקות, שיפור יעיל של תהליכים ביולוגיים מתקדמים, או טיפוליים.

עיצוב סקאביות וביולוגי

מעבר מ flasks ל bioreactors בקנה מידה פיילוט ותעשייתי מציג אתגרים משמעותיים בהעברה המונית, העברת חום ושילוב. מהנדסי ביו-לוגי עיצוב ביולוגיים המבטיחים הפצה חמצן אחידה והסרת יעילה של חום מטבולי, במיוחד עבור תרבויות בעלות גבוהה.אסטרטגיות כגון שימוש בגאומטריה עם משאבי אוויר עשירים חמצן, תוך שימוש בעיצובים מצמצם כי היא מצמצם את הלחץ, וליישם מערכות ניטור אמיתי עבור דפוסי הסתגלות זמן יעיל יותר ויותר.

נתיבי ייצור מיקרוביאליים עבור Biolubricants

שמן יחיד (SCOs)

(ב) מיקרואורגניזמים דמיוניים יכולים לצבור שומנים מעל 70% מהמשקל היבש שלהם.שמן תאי יחיד אלה עשירים בטריגליגליצרול, אשר ניתן להפיק ולשנום באופן כימי לתוך biolubricants. Yeasts כגון FLT:0Yarrowia LipoticaFLT:1, אשר ניתן להפיק את זהה סוכרת גבוהה במיוחד עבור חומצות שומן בינוניות (D2Rhodooridium) ו-Flocyerligicligicligates: 5; במיוחד עבור חומרים כימיים, במיוחד עבור חומצות שומן מותאמים ל-FLT5FLT5;

Enzymatic and Fermentative Synthesis of Esters

מעבר להצטברות פשוטה של שומנים, מיקרובים ממונדסים ניתן לתכנן כדי לסנתז ישירות מולקולות אסטר מורכבות שפועלות כמו lubricants. לדוגמה, חיידקים מסוימים מייצרים באופן טבעי esters שעווה, אשר הם esters ארוך שרשרת עם תכונות סיכה מעולה 3.על ידי הבעת גנים biosynthetic רלוונטיים במארחי ייצור חזקים, biotechnsiaologist יכול ליצור זנים כי סוכרים ישירות לתוך esters, לחסל את תהליך דינמי של ייצור זה - Facte2imples.

ביוטכנולוגיה חופשית

חלופה לתסיסה מלאה היא ביוקטאליקת ללא תאים, שבו אנזימים טוהר משמשים לסנתז ביולוליים ב vitro. Lipases ו esterases משמשים בדרך כלל כדי לזרז את esterification של חומצות שומן עם אלכוהול או פולימורים. גישה זו מציעה כמה יתרונות: היא מונעת בעיות רעילות הקשורות עם aculating מוצר בתוך תאים, המאפשרים יותר אנזימים, 000, 000 אנזימים, אבל אנזימים, אבל יש צורך להתמקד יותר אנזימים של תרופות.

מוצרי ביולולקנט בר קיימא

שמן ירקות

אונס, סויה, חמינאי, שמן דקל הם המזינים הנפוצים ביותר כיום.הם בשפע וזול יחסית, אבל השימוש שלהם מעלה חששות לגבי תחרות שימוש הקרקע עם ייצור מזון.בחירה של הזנות משפיעה באופן משמעותי על התכונות של lubricant: שמנים אולטרה סגול גבוה להראות יציבות חמצון טובה יותר, בעוד שמנים עשירים בחומצה הזיקה (כמו טמפרטורות) לאחר מכן, למשל, שמן כימי פתוח עם ביצועים כימיים.

פסולת-Derived ו-II-Generation Feedstocks

כדי להימנע מוויכוחים של דלק מזון, תשומת לב עבר לעבר מזון מבזבזני בשימוש שמן בישול, גבוה בעלי חיים, גליקול גס (מוצר של ייצור ביו-דיזל) זמינים בקלות מקורות בעלות נמוכה של לימפואידים ואלכוהול. שאריות חקלאיות כמו חיטה, תנור תירס, ושקית סוכר יכול להיות הידרוכלס כדי להפחית את פני מיקרו-חמצני, אך לעתים קרובות לא רק חומרים מזינים אחרים של דלקים כימיים.

הזנת מזון שלישית: Algae ו- CO2

מיקרולגה מייצגת את ההזנה של הדור הבא מבטיח כי הם יכולים לגדול על אדמה לא-סבירה, לנצל את הסילון או פסולת, ולכידת CO2 מפני פליטות תעשייתיות.לגלי שמן יכול להיות מופק ומעובד לתוך biolubricants עם תכונות מצוינות. עם זאת, העלות הנוכחית של ייצור אלגלמס הוא גבוה בשל חסכונית יבול ומיצוי שמן טכנולוגיות.

עיבוד Downstream ו- Purification

לאחר תסיסה או סינתזת אנזומטית, המוצר הביולולבריקני חייב להיות מופרד מרק התוסס, תאים, ומוצרים לוואי. עיבוד Downstream לעתים קרובות מהווה את רוב עלויות הייצור, מה שהופך אותו מטרה עיקרית עבור אופטימיזציה הנדסית.

איסוף ומיצוי נפט

תאים מיקרוביאליים הם בדרך כלל מקצירים על ידי צנטריפוגה או microfiltration. עבור הצטברות ליפיד אסטולארית, השפתיים חייבות להיות מופקות באמצעות פותרים אורגניים (כגון hexane או ethyl acetate), הפרעה מכנית (למשל, דיכוי גבוה), או מעשי חיפוש CO2 קריטיים.

טיהור ושינויים כימיים

המוצר הגולמי מכיל לעתים קרובות חומצות שומן חינם, גליצרידים חלקיים, וזיהומים אחרים שיש להסיר כדי לענות על מפרטים lubricant. דיקישוט, ניקוי חורף, ופרסומות או כרומוזומטוגרפיה משמשים לטהר את שמן הבסיס. רבים ביוקלוריות דורשים שינוי כימי כדי לשפר את הביצועים שלהם - לדוגמה, transesterification לייצר sters, או epation כדי לפתח חלופות כימיות כדי לשפר את תהליך כימיות הכוללות.

בקרת איכות וסטנדרטיזציה

ביולוליקים חייבים להתאים לסטנדרטים מבוססים כגון ISO 15380 (נוזלים הידרוקליים) או ASTM D7467 (ביודלערובות) , שופכים נקודה, נקודת פלאש, ויציבות חמצון הם בין הפרמטרים הקריטיים שנמדדו. מהנדסי ביוכימי לפתח חיישניים מקוונים ושיטות בדיקה מהירות כדי להבטיח איכות עקבית תוך צמצום של גמישות-לקטבת.

יישומים נוכחיים ואימוץ שוק

ביולולוויקרים כבר מצאו הצלחה מסחרית במספר יישומים נישה שבהם היתרונות הסביבתיים שלהם עולים עלות פרימיום של אובדן מוחלט lubricants - כגון שרשרת ראו שמנים, שמן עובש, ו מאגרי ריסוס חקלאיים - הם מועמדים אידיאליים כי הם משוחררים ישירות לתוך הסביבה. שטף הידרולקי עבור ציוד בנייה, מכונות יער וכלי שיט ימיים מייצגים עוד מגזר גדל, בתעשיית הרכב, מנועים שמנים המבוססים על ידי צינורות תעשייתיים, עדיין מופעלים.

כמה חברות רב לאומיות השיקה קווי מוצרים ביו-lubricant מסחריים, כולל Fuchs, TotalEnergies, ו Panolin. מוצרים אלה לעתים קרובות ממושווקים תחת ecolabels כגון Ecolabel האירופי, המלאך הכחול, או תווית רכש מוסמך של ממשלת בריטניה מוסמך.

אתגרים מתקדמים על המגרש

אחריות כלכלית

העלות המשמעותית ביותר של ה-Hidele היא עלות הייצור של biolubricants ממערכות מיקרוביאליות נשאר גבוה יותר מזה של lubricants מבוסס נפט. Factors כוללים את העלות של אמצעי התקשורת תסיסה, תשואה נמוכה של מוצרים, אנרגיה אינטנסיבית לעיבוד במורד הזרם, ואת ההון של תשתיות ביולוגי.

רגישות Oxidative Stability

רבים צמחי שמן צמחיים צמחיים צמחיים סובלים מיציבות חמצון ירודה, כלומר הם מתפוגג במהירות כאשר נחשפים לטמפרטורות גבוהות וחמצן.זה מוביל לתנודות מוגברת, היווצרות של סלדג', והפחתה של חיי השירות.שינוי כימי - כגון epoxidation, esterification עם זיהומים מעוכבים, או תוספת של נוגדי חמצון - יכול להפחית את המורכבות והגזול יכול לייצר שמן מטבולי באופן טבעי עם מחוסנים או מחוסנים.

ביצועים נמוכים

כמה ביולוליקים יש תכונות זרימה קרות עניות; הם עשויים לייצב או להיות יותר מדי מולקווס בטמפרטורות נמוכות, להגביל את השימוש שלהם בתנאי חורף.שינוי גנטי כדי להפחית את התוכן של שומן רווי בדרגה גבוהה, או לייצר חומצות שומן משורפות שרשרת, יכול לשפר את הביצועים הקרים.

« « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « «

ביולוליקים המיועדים לשימוש בסביבות רגישות חייבים לעמוד בדרישות ביו-דידה מחמירות והרעלת, כגון מבחן ה-OECD 301 עבור יכולת ביולוגית מוכנה.אישור רגולטורית למוצרים חדשים יכול להיות זמן רב ויקר.מחקר שיוצר נתונים של השפעה סביבתית מקיפה נדרש כדי להקל על אישורים מהירים יותר.

כיוונים עתידיים וחדשנות מתפתחת

המונחים: Synthetic Biology

הכלים של ביולוגיה סינתטית הם במהירות הזדווגות, המאפשרים עיצוב של מיקרואורגניזמים "לקוחות" המייצרים ביו-lubricants עם מבנים מולקולריים מוגדרים בדיוק.השימוש ב-CRISPR מבוסס גנום, בדיקות מהירות גבוהה באמצעות חישוב, ולמידה מכונה עבור אופטימיזציה של Pathway היא מאיץ פיתוח זנים. חברות כמו Checkerspot ו- Econic כבר חלוצת גישה זו, באמצעות מיקרובים לייצר אינטגרטיביים ליישומים אחרים של כימיקלים ויישומים פוליסטרולטיביים עבור כימיקלים אחרים.

אינטגרטיבי Biorefineries

המושג של ביו-רפיטרי – שבו ביומסה מחולקת לזרמים מרובים של מוצרים, כולל ביולוליים, דלקים וכימיקלים – משפרים את הכלכלה הכוללת ואת ניצול המשאבים.מהנדסים ביוכימיים מעצבים תהליכים המניבים מוצרים משותפים בעלי ערך גבוה (כגון carotenoids, אומגה 3 חומצות שומן, או חלבונים) לצד lubricants, ובכך מדגימים עלויות ביו-אורנטיבות, במיוחד לסוכרים צמחיים צמחיים.

הנדסה אנזים עבור biolubricant Synthesis

אבולוציה ישירה ועיצוב רציונלי הם מניבים ליפיזות ו- esterases עם פעילות משופרת, יציבות, ומפרט תת-קרקעי. אנזימים מהונדסים אלה יכולים לזרז תגובות בתנאים קלים עם בחירה גבוהה, צמצום צריכת האנרגיה וחיסול הצורך בזרזים רעילים. אנזימים מאומתיים שפועלים באופן קבוע מפותחים כדי להחליף תהליכים כימיים, התואמים עם עקרונות ייצור ירוקים.

הערכה מחזור חיים ו Circularity

ככל שהשדה בוגר, הערכות מחזור חיים מקיףות (LCAs) הופכות חיוניות לכמת את היתרונות הסביבתיים האמיתיים של ביו-קלוררים. LCAs עוזר לזהות נקודות חמות בשרשרת הייצור ומאמציהם אופטימיזציה למדריך.המטרה היא להתקדם לעבר ביוקונומיה מעגלית באמת שבו זרמי פסולת מומרים לתוך שפע ביצועים גבוהים שניתן להחזיר בבטחה לסביבה בסוף מחזור החיים שלהם.

מסקנה

הנדסה ביוכימית היא המנוע המניע ייצור בר קיימא של biolubricants. על ידי שילוב הנדסה מטבולית, אופטימיזציה תסיסה, עיצוב ביולוגי, ועיבוד מטה הזרם, שדה זה הופך ביומסה מתחדשת למוצרים יקר שיכול להתחרות עם עמיתיהם בעלי כוח נפט, בעוד אתגרים נשארים - בעיקר סביב עלות, יציבות, ודרגתיות - קצב החדשנות הוא מאיץ.

(ב) לקריאה נוספת על הנוף המתפתח של lubricants מבוסס ביולוגית, ראה את ה-FLT:0review על ידי Sivappriya et al. ב-Journal of Bioresources ו- BioproductsofFLT:1 ואת ה-FLT:2industry Perspective on biolubricant Analysis from El LTFLT 3, 3, LT4035i סטנדרט עבור אלקטרו-Fal (מספקת) ספקטרום של חומרים מ-Fericial (החומרים) ספקטרום של ספקטרום של , 9: 7.