Language
Country/Area
No result found
Tại sao các nhà khoa học lại chọn vi khuẩn kỵ khí để sản xuất ba dung môi quan trọng này?
Với sự phát triển của năng lượng tái tạo và công nghệ xanh, các nhà khoa học ngày càng quan tâm đến việc khai thác vi sinh vật để sản xuất các hóa chất quan trọng. Trong số đó, vi khuẩn kỵ khí đã cho thấy tiềm năng lớn trong việc sản xuất các dung môi như axeton, butanol và etanol. Quá trình này, được gọi là lên men ABE (Lên men Acetone-Butanol-Ethanol), đã làm cho vi khuẩn kỵ khí trở thành nhà sản xuất hóa chất bền vững quan trọng ngày nay.
Quy trình lên men này lần đầu tiên được phát triển bởi nhà hóa học Chaim Weitzman trong Thế chiến thứ nhất, khi cần một lượng lớn axeton để sản xuất vật tư quân sự.
Một khía cạnh độc đáo của quá trình lên men ABE là nguồn nguyên liệu thô. Quá trình này thường sử dụng carbohydrate như tinh bột và glucose, có thể đến từ thức ăn thừa và phụ phẩm nông nghiệp, làm cho quá trình sản xuất trở nên hấp dẫn hơn với môi trường.
Quy trình hoạt động như thế nào
Quá trình lên men ABE được thực hiện bởi một loại vi khuẩn kỵ khí thuộc họ Bacillaceae, đặc biệt là Clostridium acetobutylicum là chủng thực nghiệm được sử dụng phổ biến nhất. Quá trình lên men có thể được chia thành hai giai đoạn: lên men axit và lên men dung môi. Trong giai đoạn đầu tiên, tế bào phát triển nhanh chóng và tích lũy các chất trung gian như axetat và butyrat. Khi giá trị pH giảm, vi khuẩn sẽ chuyển sang giai đoạn sản xuất dung môi. Sản phẩm của giai đoạn này bao gồm axeton, butanol và etanol với tỷ lệ 3:6:1.
Nhiều công nghệ đầu tiên được sử dụng, chẳng hạn như loại bỏ khí, lọc màng và chiết chất lỏng-lỏng, có thể cải thiện đáng kể năng suất và độ tinh khiết của sản phẩm và là những bước quan trọng để tối ưu hóa hơn nữa quá trình sản xuất.
Quá trình lên men kỵ khí không chỉ tạo ra hóa chất mà còn giúp giảm phát sinh chất thải, thúc đẩy sự phát triển bền vững.
Đánh giá lịch sử
Lịch sử của quá trình lên men ABE có thể bắt nguồn từ việc sản xuất butanol sinh học đầu tiên của Louis Pasteur vào năm 1861. Với sự phát triển của khoa học công nghệ, cộng với nhu cầu của chiến tranh thế giới, công nghệ này được sử dụng rộng rãi và hình thành sản xuất với quy mô lớn vào những năm 1910. Điều đáng chú ý là mặc dù quá trình này đã được thay thế bằng hóa dầu sau chiến tranh, quá trình lên men ABE lại được chú ý khi nhu cầu về năng lượng tái tạo tăng lên.
Nghiên cứu hiện tại và triển vọng thị trường
Với nhu cầu về nhiên liệu và hóa chất bền vững, nhiều cơ quan nghiên cứu và công ty đã bắt đầu quan tâm đến công nghệ lên men ABE sử dụng vi khuẩn kỵ khí. Đặc biệt, butanol được các nhà khoa học ưa chuộng vì tiềm năng làm nhiên liệu tái tạo. Dữ liệu cho thấy biobutanol có thể được sử dụng hiệu quả hơn trong động cơ xăng và có tiềm năng vận chuyển tốt.
Nhu cầu thị trường về butanol đang tăng lên từng ngày và biobutanol dự kiến sẽ trở thành nhiên liệu sinh học thay thế quan trọng vào năm 2025.
Hiện nay, trong bối cảnh phát triển năng lượng sinh học, việc ứng dụng vi khuẩn kỵ khí không còn giới hạn ở một sản phẩm duy nhất mà còn tái cấu trúc hệ thống sản xuất nhiều loại hóa chất, nhiên liệu. Quá trình lên men ABI có thể đóng góp lớn hơn trong các chính sách môi trường trong tương lai.
Đổi mới và thách thức
Mặc dù quá trình lên men ABE cho thấy nhiều tiềm năng nhưng quá trình sản xuất vẫn gặp nhiều thách thức. Ví dụ, vấn đề ức chế sản phẩm có nghĩa là khi nồng độ sản phẩm đạt đến một mức nhất định sẽ ảnh hưởng đến hoạt động của vi khuẩn kỵ khí. Vì vậy, các nhà khoa học sẽ tiếp tục làm việc chăm chỉ để cải thiện năng suất, nâng cao hiệu quả chi phí và phát triển các vi sinh vật mới.
Các nhà khoa học đang tìm cách cải thiện quy trình sản xuất bằng cách tối ưu hóa thiết kế lò phản ứng, cải thiện nguồn nguyên liệu và cải tiến công nghệ thu hồi sản phẩm. Các thí nghiệm cho thấy rằng việc áp dụng các công nghệ khác nhau và các nguồn tài nguyên hướng đến thực vật để nâng cao hiệu quả sản xuất và độ tinh khiết của sản phẩm có thể vượt qua các thách thức hiện tại một cách hiệu quả.
Kết luận
Hiện nay, nhu cầu cấp thiết của xã hội về phát triển bền vững và năng lượng sạch thúc đẩy các nhà khoa học phải đánh giá lại và phát triển các công nghệ vốn có. Sử dụng vi khuẩn kỵ khí để lên men ABE không chỉ đáp ứng nhu cầu thị trường mà còn có lợi cho môi trường. Trong hoàn cảnh như vậy, chúng ta không thể không đặt câu hỏi, có bao nhiêu công nghệ sinh học chưa được khám phá khác có thể thay đổi cách sống và sản xuất của chúng ta trong tương lai?
