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Uma introdução necessária
Os álcoois produzidos biologicamente, com maior frequência do etanol, e menos comumente propanol e butanol, são produzidos pela ação de microorganismos e enzimas através da fermentação de beterraba açucarada, milho, grama, folhas, resíduos agrícolas ou celulose (além da conhecida cana-de-açúcar). O último nome é de um processo mais difícil. Pode ser produzido a partir de biomassa ("biobutanol"), bem como de combustíveis fósseis ("petrobutanol"). A produção de butanol industrial e acetona via fermentação começou em 1916, durante a Primeira Guerra Mundial. Um estudante de Louis Pasteur (Chime Wizemann) isolou um micróbio que produzia acetona. A Inglaterra se aproximou do jovem microbiologista e pediu o direito de fazer acetona para a produção de cordite (um deflagrante, “explosivo lento”, propulsor de artilharia). Até a década de 1920, a acetona era o produto buscado, mas para cada libra de acetona fermentada, formaram-se duas libras de butanol. Uma indústria crescente de tintas automotivas transformou o mercado e, em 1927, o butanol foi primário e a acetona tornou-se o subproduto.
A produção de butanol por fermentação diminuiu a partir da década de 1940 até a década de 1950, principalmente porque o preço dos produtos petroquímicos caiu abaixo do substrato de amido e açúcar, como milho e melaço. Os custos indiretos do sistema de fermentação por lotes intensivos em mão-de-obra combinados com os baixos rendimentos contribuíram para a situação. A produção de acetona e butanol derivada da fermentação cessou no final da década de 1950. A partir da década de 1970, o principal foco de combustíveis alternativos foi o etanol.
Mas o bio-butanol possui propriedades superiores ao bioetanol quando usado como biocombustível. O biobutanol (também chamado de biogasolina) é frequentemente reivindicado para fornecer uma substituição direta para a gasolina sem modificação no motor ou no carro. Ele produzirá mais energia, melhor e menos corrosiva e menos solúvel em água do que o etanol. Um desenvolvimento promissor veio da Universidade de Tulane e anunciado no final do verão de 2011 - os cientistas da pesquisa de combustíveis alternativos da universidade descobriram uma bactéria do gênero Clostridium, que rec3beu o codinome "TU-103", que pode converter quase qualquer forma de celulose em butanol, e é a única variedade ainda descoberta da bactéria do gênero Clostridium que pode fazê-lo na presença de oxigênio.
Ao fazer biobutanol através da fermentação, os açúcares são divididos em vários álcoois, que incluem etanol e butanol. Infelizmente, um aumento na concentração de álcool faz com que o butanol seja tóxico para os microorganismos, matando-os após um período de tempo. Essa toxicidade limita a quantidade de combustível que pode ser feita em um lote. Isso tornou o processo de fermentação caro. O próximo desafio reside nos custos de separação do butanol do caldo de fermentação nas altas concentrações utilizadas pela indústria. Hao Feng, um dos pesquisadores envolvidos, diz que ambos os problemas já foram resolvidos.
No estudo, financiado pelo Energy Biosciences Institute, a equipe do Feng testou com sucesso o uso de um surfactante não iónico, ou co-polímero, para criar pequenas estruturas que capturam e mantêm as moléculas de butanol. "Isso mantém a quantidade de butanol no caldo de fermentação baixa para que não mate o organismo e podemos continuar a produzir", disse ele. Este processo, denominado fermentação extrativista, aumenta a quantidade de butanol produzido durante a fermentação em 100% ou mais.
Mas isso é apenas o começo. O grupo de Feng faz uso de uma das propriedades do polímero - sua sensibilidade à temperatura. Quando o processo de fermentação é finalizado, os cientistas aquecem a solução até que uma nuvem apareça e formem duas camadas. "Nós usamos um processo chamado de separação de ponto de nuvem", disse ele. "Forma duas fases, com o segundo voltado para a fase rica em polímero. Quando removemos a segunda fase, podemos recuperar o butanol, conseguindo uma redução de três a quatro vezes no uso de energia, porque não precisamos remover tanta água como na fermentação tradicional. "Um bônus é que os co-polímeros podem ser reciclado e pode ser reutilizado pelo menos três vezes depois que o butanol é extraído com pouco efeito sobre o comportamento de separação de fases e a capacidade de enriquecimento de butanol. Após a primeira recuperação, o volume de butanol recuperado é ligeiramente inferior, mas ainda está em alta concentração, disse ele.
Traduzido, com acréscimos, de:
Scientist Makes Use of Butanol as Biofuel more Appealing - microsteamturbine
Scientist Makes Use of Butanol as Biofuel more Appealing - microsteamturbine
0.5
Saccharomyces cerevisiae e Synechococcus
Em um artigo publicado em janeiro de 2017, Liu et al. descreve os avanços que foram feitos no processo de produção do butanol. De acordo com seu relatório, existem muitos tipos diferentes de microorganismos que podem ser utilizados para fermentar o açúcar em butanol. Uma levedura chamada Saccharomyces cerevisiae, que também é usada para preparar cerveja e fazer pão, é uma excelente opção porque os cientistas estudaram seus genes há mais de 40 anos. Agora temos um mapa completo do DNA do fermento, tornando bastante fácil mudar seus genes para melhorar seu desempenho. Por exemplo, podemos projetar cepas de fermento que produzem substancialmente mais butanol do que naturalmente. Em 2016, os cientistas conseguiram construir uma cepa de levedura que produz cerca de 130 miligramas / litro (mg/L) de butanol (2) - referimo-nos a essa quantidade como título. Infelizmente, o fermento ainda não é capaz de tolerar níveis elevados de butanol para produzir eficientemente biocombustíveis. Usando Synechococcus alongados, um tipo de cianobactéria (também conhecida como algas verdes-azuladas), um título de 400 mg/L foi alcançado, mas, como o fermento, as cianobactérias simplesmente não podem manipular a toxicidade do butanol (2).
Saccharomyces cerevisiae
1
Engenharia Metabólica de E. Coli para a produção de n-butanol
O glicerol bruto, um subproduto do processo de produção de biodiesel, pode ser um recurso abundante e renovável (Tanto que criou-se todo um mercado de “glicerolquímica”). No entanto, a indústria à base de glicerol é geralmente afetada pelo custo do refinamento do glicerol bruto. Mukesh Saini, da Universidade Feng Chia em Taiwan, teve como objetivo abordar esta questão desenvolvendo um processo microbiano que converte glicerol bruto em produtos químicos de valor agregado. A equipe se concentrou em engenharia de Escherichia coli para produzir n-butanol.
O metabolismo central de E. coli foi traçado para melhorar a eficiência do metabolismo do glicerol. A equipe primeiro estudou o fluxo glicolítico em E. coli através da via de oxidação do piruvato. Em seguida, a equipe dirigiu o fluxo para a via de fosfato de pentose oxidativa. A equipe melhorou o catabolismo anaeróbio para glicerol e suprimiu moderadamente o ciclo do ácido tricarboxílico. A tensão gerada resultante permitiu a produção de 6,9 g / L de n-butanol a partir de 20 g / L de glicerol em bruto.
Este estudo mostra a viabilidade de manipular as principais vias metabólicas. A plataforma tecnológica desenvolvida pode ser útil para a viabilidade econômica da indústria relacionada com glicerol.
2
Uma abordagem mais biomassa e pela força-bruta da catálise
Resumo:
Neste artigo, são apresentados os resultados obtidos na produção de acroleína e ácido acrílico a partir de biomassa. As moléculas “plataforma” derivadas da biomassa que são utilizadas nestes processos catalíticos são glicerol, ácido láctico, ácido fumárico e ácido 1-3-hidroxipropiônico. As abordagens mais promissoras para a produção de ácido acrílico a partir de moléculas “plataforma” de biomassa são as do ácido 3-hidroxipropiónico, que requerem uma purificação mínima da alimentação e do glicerol, utilizando um processo catalítico de dois estágios com purificação entre intervalos. Nenhum dos processos baseados em biologia é comercialmente competitivo com os processos baseados em petróleo (propileno) devido aos altos custos de energia dos processos anteriores, portanto, a pesquisa para otimizar os processos é necessária.
Robert Karl Grassell iFerruccio Trifirò; Acrolein and acrylic acid from biomass; Rendiconti Lincei, July 2017, Volume 28, Supplement 1, pp 59–67 - https://link.springer.com/article/10.1007/s12210-017-0610-6
Nota:
“Moléculas plataforma” são moléculas derivadas de biomassa que podem ser usadas como blocos de construção para uma indústria química baseada em bio-refinaria e as tecnologias de processamento associadas empregadas em sua produção.
The biorefinery and platform molecules - learning.chem21.eu
“Moléculas plataforma” são moléculas derivadas de biomassa que podem ser usadas como blocos de construção para uma indústria química baseada em bio-refinaria e as tecnologias de processamento associadas empregadas em sua produção.
The biorefinery and platform molecules - learning.chem21.eu
Conceito associável ao pouco difundido em língua portuguesa de Quimurgia:
en.wikipedia.org - Chemurgy
en.wikipedia.org - Chemurgy
3
Nota gricerolquímica ou glicerinoquímica:
Atualmente, o glicerol é considerado um co-produto da indústria de biodiesel. À medida que a produção de biodiesel aumenta exponencialmente, o glicerol gerado a partir da transesterificação de óleos e gorduras vegetais também está sendo produzido em larga escala e se revelou essencial buscar novas alternativas ao consumo de volume extra, em bruto e/ou como derivados de alto valor agregado.
Atualmente, o glicerol é considerado um co-produto da indústria de biodiesel. À medida que a produção de biodiesel aumenta exponencialmente, o glicerol gerado a partir da transesterificação de óleos e gorduras vegetais também está sendo produzido em larga escala e se revelou essencial buscar novas alternativas ao consumo de volume extra, em bruto e/ou como derivados de alto valor agregado.
Traduzido de: Glycerol Chemistry - https://sintmol.ufms.br/?page_id=851
Destacadamente, o principal produto de uma rota iniciando em gklicerol é a acroleína, desta o ácido acrílico e deste os metacrliatos, levando aos polimetracrilatos, os populares acrílicos, e diversos outros produtos:
en.wikipedia.org - Acrolein / pt.wikipedia.org - Acroleína
en.wikipedia.org - Acrolein / pt.wikipedia.org - Acroleína
Tradução:
A Dow Chemical Company e seu parceiro OPX Biotechnologies estão investigando o uso de açúcar fermentado para produzir ácido 3-hidroxipropiónico (3HP), um precursor de ácido acrílico. O objetivo é reduzir as emissões de gases de efeito estufa.
O ácido acrílico e os seus ésteres se combinam facilmente com eles mesmos (para formar ácido poliacrílico) ou outros monômeros (por exemplo, acrilamidas, acrilonitrilo, compostos de vinilo, estireno e butadieno) fazendo reagir na sua dupla ligação, formando homopolímeros ou copolímeros, que são utilizados na fabricação de vários plásticos, revestimentos, adesivos, elastômeros, bem como polimento e tintas para pavimentos.
Analogamente, uma etanolquímica com o exemplo trivial e nacional do poleitileno a partir do etanol:
www.braskem.com - PE-Verde-Produtos-e-Inovacao
www.braskem.com - PE-Verde-Produtos-e-Inovacao
Texto simples e explicativo, com a rota etanol ↠ eteno ↠ polietileno:
brasilescola.uol.com.br - Plástico verde
brasilescola.uol.com.br - Plástico verde
Uma revisão mais acadêmica:
J.Deleplanque, J.-L. Dubois, J.-F. Devaux, W.Ueda; Production of acrolein and acrylic acid through dehydration and oxydehydration of glycerol with mixed oxide catalysts; Catalysis Today, Volume 157, Issues 1–4, 17 November 2010, Pages 351-358 - www.sciencedirect.com
J.Deleplanque, J.-L. Dubois, J.-F. Devaux, W.Ueda; Production of acrolein and acrylic acid through dehydration and oxydehydration of glycerol with mixed oxide catalysts; Catalysis Today, Volume 157, Issues 1–4, 17 November 2010, Pages 351-358 - www.sciencedirect.com
Josef Tichý; Oxidation of acrolein to acrylic acid over vanadium-molybdenum oxide catalysts; Applied Catalysis A: General; Volume 157, Issues 1–2, 11 September 1997, Pages 363-385 - www.sciencedirect.com
Malshe, V. C. and Chandalia, S. B. (1977), Vapour phase oxidation of acrolein to acrylic acid on mixed oxides as catalyst. J. Appl. Chem., 27: 575–584. doi:10.1002/jctb.5020270502
Sarawalee Thanasilp, Johannes W. Schwank, Vissanu Meeyoo, Sitthiphong Pengpanich, Mali Hunsom, Preparation of supported POM catalysts for liquid phase oxydehydration of glycerol to acrylic acid, Journal of Molecular Catalysis A: Chemical, 2013, 380, 49 - linkinghub.elsevier.com
Gerhard Mestl, MoVW mixed metal oxides catalysts for acrylic acid production: from industrial catalysts to model studies, Topics in Catalysis, 2006, 38, 1-3, 69
R. Tokarz-Sobieraj, K. Hermann, M. Witko, A. Blume, G. Mestl, R. Schlögl, Properties of oxygen sites at the MoO3(010) surface: density functional theory cluster studies and photoemission experiments, Surface Science, 2001, 489, 1-3, 107 - www.sciencedirect.com
G. Mestl, Ch. Linsmeier, R. Gottschall, M. Dieterle, J. Find, D. Herein, J. Jäger, Y. Uchida, R. Schlögl, Molybdenum oxide based partial oxidation catalyst: 1. Thermally induced oxygen deficiency, elemental and structural heterogeneity and the relation to catalytic performance, Journal of Molecular Catalysis A: Chemical, 2000, 162, 1-2, 463. - www.sciencedirect.com
T. V. Andrushkevich; Heterogeneous Catalytic Oxidation of Acrolein to Acrylic Acid: Mechanism and Catalysts; Catalysis Reviews - Science and Engineering; Volume 35, 1993 - Issue 2 - www.tandfonline.com
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