美國能源部(DOE)國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室(NREL)的化學(xué)工程師Eric Karp和其他人正在進(jìn)行的研究將丙烯腈(ACN)轉(zhuǎn)化為碳纖維

卡普說“碳纖維是種驚人的輕質(zhì)材料，想象一下，用碳纖維替換汽車中的所有鋼鐵和鋁。我們知道每加侖汽油行駛可以60英里?？紤]一下汽車可以達(dá)到的汽油支持行駛的里程數(shù)。”

“我們提出了六種不同的方法來生產(chǎn)生物基丙烯腈，”NREL的高級(jí)研究員Gregg Beckham說。他與Karp，高級(jí)研究工程師Derek Vardon，首席科學(xué)家Bob Baldwin以及生物能源科學(xué)與技術(shù)副實(shí)驗(yàn)室主任Adam Bratis一起撰寫了關(guān)于確保能源部資金的提案，綠化了該項(xiàng)目并促使了NREL成立可再生碳纖維聯(lián)合會(huì)。他們測試了六種方法中的三種，包括他們開發(fā)的一種稱為“腈化”的新催化方法。

腈化可以使用各種原料。在第一階段，NREL研究人員使用玉米秸稈，其中包括收獲作物后留下的莖和葉。該生物質(zhì)中的糖通過微生物轉(zhuǎn)化為3-羥基丙酸(3-HP)，其在隨后的步驟中轉(zhuǎn)化為丙烯腈。

“這是一種轉(zhuǎn)基因菌株，因?yàn)槲覀冇糜?-HP生產(chǎn)的微生物，它們不能自然地產(chǎn)生它，”負(fù)責(zé)研究生物成分的SàncheziNogué說。對(duì)于第二階段，全球公司嘉吉公司將生產(chǎn)更大的產(chǎn)量。“他們的工業(yè)轉(zhuǎn)化技術(shù)能夠產(chǎn)生3-HP，其效率遠(yuǎn)高于我們內(nèi)部的效率，”她補(bǔ)充道。

作為可再生碳纖維聯(lián)盟的成員，嘉吉和其他公司將在推動(dòng)研究方面發(fā)揮重要作用。西弗吉尼亞州的一家非營利性研究機(jī)構(gòu)MATRIC將把嘉吉的3-HP轉(zhuǎn)換為ACN。然后，一家葡萄牙公司將生產(chǎn)碳纖維并交給福特汽車公司。汽車制造商將碳纖維制成零件，并將生物質(zhì)衍生版本與傳統(tǒng)工藝制造的版本進(jìn)行比較。

玉米秸稈被用于制造可再生的丙烯腈

生物質(zhì)衍生的ACN的NREL工藝是否最終得以實(shí)現(xiàn)將取決于所得碳纖維的強(qiáng)度和性質(zhì)以及與經(jīng)過驗(yàn)證方法的比較。“如果我們把它放到飛機(jī)上，它會(huì)安全嗎?” 布拉迪斯問道。“如果我們將它放入汽車中，它是否安全?如果我們將它放入高爾夫球桿，我們是否會(huì)獲得相同的射程?”

答案將隨著時(shí)間的推移而進(jìn)行，其他研究已在進(jìn)行中。