Sanayi için Kimyasalların Yeşil Üretimi
Fotoğraf : Biyokatalizör: iki farklı protein bir hidrojel içinde iki bileşenli bir yapıştırıcıya benzer şekilde kendi kendine birleşir.
Endüstri, ilaçlar, kozmetikler, plastikler veya yiyecekler için temel maddeler üretmek üzere büyük miktarlarda ham petrol tüketir. Ancak, bu işlemler çok fazla enerji tüketir ve atık üretir. Enzimlerle biyolojik işlemler çok daha sürdürülebilirdir. Protein molekülleri, yardımcı malzemeler veya çözücülere ihtiyaç duyulmaksızın çeşitli kimyasal reaksiyonları katalize edebilir. Ancak bunlar pahalıdır ve dolayısıyla şimdiye kadar ekonomik olarak çekici değildirler. Karlsruhe Teknoloji Enstitüsü (KIT) araştırmacıları, enzimlerin kullanımını önemli ölçüde kolaylaştıran yeni bir biyomateryal geliştirmiştir. Sonuçlar Angewandte Chemie dergisinde sunulmaktadır .
Katalizörler, temel maddelerin, düşük enerji tüketimi ile istenen son ürüne hızlı reaksiyon vermesini sağlar. Bu nedenle, kimya endüstrisi için büyük öneme sahiptirler. Tüm kimyasal işlemlerin yaklaşık %90’ında, katalizörler uygulanır. KIT bilim adamları şimdi enerji tüketimi azaltılması ile ilişkili kullanımı olan çevre dostu bir alternatif biyomateryal geliştirdiler. KIT Biyolojik Arayüzler Enstitüsü’nden Profesör Christof Niemeyer, “Uzun vadede, bu tür biyokatalitik malzemeler, katma değerli temel bileşiklerin karmaşık sentez ve temizleme adımları olmadan ve asgari miktarda atık ortaya çıkarak otomatik olarak üretilmesinde kullanılacak.” diyor.
Bu amaçla, bilim adamları doğal enzimleri stabil bir biyokatalizörde kendi kendine birleşecek şekilde değiştirdiler. İki bileşenli bir yapıştırıcıya benzer şekilde, enzimler jel tipi bir malzeme oluşturur. Bu malzeme oluk şeklinde çöküntülere sahip plastik yongalara uygulanır. Kurutma, hidrojel konsantrasyonuna ve oluşumuna yol açar. Daha sonra, bu yonga plastik bir folyo ile kaplanır ve temel maddeler oluklardan pompalanabilir ve biyokatalizörler ile istenen son ürünlere dönüştürülebilir. Biyokatalizör jel kalır. Hiçbir çözücü veya yüksek sıcaklık ve basınç gerekmez ki bu da işlemi son derece sürdürülebilir ve çevresel olarak uyumlu yapar.
En küçük alanda büyük bir reaksiyon hacmi bulunduğundan, bu tür minyatür akışlı reaktörlerde veya küçük reaksiyon kaplarında dönüşüm oranları çok yüksektir. Bununla birlikte, biyokatalitik işlemlerde kullanımları, enzimlerin reaktöre sabitlenmesi için bugüne kadar taşıyıcı malzemelerin gerekli olması nedeniyle hala başlangıç aşamasındadır. Bu taşıyıcılar, biyokatalizör için artık mevcut olmayan reaktör alanına ihtiyaç duyar. Aksine, yeni biyomateryal taşıyıcıya yapışır ve reaktör maksimum miktarda biyokatalizör ile doldurulabilir. Dahası, tamamen geri dönüştürülebilir, biyolojik olarak parçalanabilir, yüksek derecede stabildir ve pahalı yardımcı malzemelerin gerekli olduğu reaksiyonlardaki aşırı yüksek verimlere ulaşır.
Kimyasal maddelere kıyasla, biyokatalizörler, enantiyomerler denilen bir işlemle üretildiğinde özellikle avantajlıdır. Bunlar birbirlerinin ayna görüntüleri olan bileşiklerdir. Kural olarak, reaksiyon için bileşiklerden sadece birine ihtiyaç duyulur, ikincisi istenmeyen etkilere bile sahip olabilir. Biyokatalizörlerin yardımı ile her iki bileşiğin birinin spesifik üretimi mümkündür, oysa kimyasal işlemler bu amaç için pahalı yardımcı malzemeler gerektirir veya istenmeyen bileşiğin ayrılması gerekir.
Çalışma, “Teknoloji ve Tıpta Biyo Arayüzler” Helmholtz Programı (BIFTM) çerçevesinde gerçekleştirildi. Christof Niemeyer, “Araştırma ve geliştirme çalışmalarımız yalnızca bu programın donanımı ve altyapısı ile mümkün oldu” diyor. Bu program çerçevesinde, KIT bilim adamları, endüstriyel ve tıbbi biyo-mühendislik sektörlerinde daha sonra kullanılmak üzere biyolojik sistemleri incelemek ve kullanmak için disiplinler arasında işbirliği yaparlar. Yüksek disiplinlerarasılık, malzeme üretimi ve karakterizasyonu ile veri tabanlı simülasyon yöntemlerini kapsayan geniş metodolojik uzmanlık gerektirir. Bu teknik bilgi KIT’te mevcuttur.
Kaynak : sciencedaily.com
