圖為從左至右分別是Adam Bratis，VioletaSàncheziNogué，Todd Eaton，Gregg Beckham，Vassili Vorotnikov和Eric Karp，他們是NREL團隊的一員，致力于通過可再生生物質生產丙烯腈和碳纖維的成本競爭力，可持續發展流程。（攝影：Dennis Schroeder / NREL）

　　能源部可再生能源實驗室（NREL）的一項新研究建立了一種使用3-羥基丙酸（3-HP）生產可再生丙烯腈的新型催化方法，該方法可以從糖生物生產。這種混合生物催化方法提供了傳統石化生產方法的替代方案，并實現了前所未有的丙烯腈收率。

　　丙烯腈是一種石油衍生的商品化學品，是化學工業中使用廣泛的單體之一，具有許多商業應用。如今，丙烯腈用于生產地毯，衣服和織物的丙烯酸纖維，以及食品容器和包裝材料等塑料。重要的是，對于這個項目，丙烯腈也是碳纖維復合材料的主要構件，用于汽車和航空運輸中的輕量化應用。丙烯腈目前在工業上通過能量密集和化學危險的方法生產。

　　丙烯價格波動和環境可持續性促使人們尋求使用生物衍生原料如甘油和谷氨酸的替代途徑。然而，在成本和產量方面，沒有一個能夠與傳統工藝競爭?，F在，新的NREL研究顯示了實現這一目標的希望。

　　新發表于“科學”雜志的“可再生丙烯腈生產”展示了一條通往具有成本效益的生物基丙烯腈生產工藝的道路。研究人員使用新的強大催化工藝，能夠實現98％的丙烯腈收率。僅基于產量，這是一個非常重要的發現：相比之下，經過六十年的商業規模改進和優化，傳統的丙烯腈生產工藝實現了約80％-83％的產率。

　　“高丙烯腈收率使我們能夠提出將木質纖維素生物質轉化為可再生丙烯腈和碳纖維的潛在工業流程，”NREL集團負責人，該研究的高級作者Gregg Beckham說。“從歷史上看，由于與丙烯價格的關系，丙烯腈價格一直在波動。這種替代制造工藝依賴于可再生來源的原料，可以幫助穩定丙烯腈價格并導致碳纖維基材料的更廣泛的市場采用。這是輕量化運輸應用的重要一步，從而為運輸節省了大量成本，同時減少了對環境的影響。“

　　除了高產量外，這種新方法與目前的石油基丙烯腈生產工藝相比具有多重優勢。新工藝消除了氰化氫的產生 - 一種有毒的副產品 - 使用更簡單和更便宜的催化劑，并且可以在更簡單的反應器配置中完成。此外，這種新的高產率方法可以利用非食品生物質（例如農業廢棄物）作為原料代替丙烯。

　　“我們對這種新型丙烯腈生產化學的前景感到興奮，終能夠生產可再生碳纖維，”NREL協會實驗室主任Adam Bratis和NREL領導的可再生碳纖維聯盟的席研究員表示。這項開創性的研究是化學工程，生物學和計算機模擬研究人員跨學科合作的結果，包括NREL作者Eric Karp，Todd Eaton，VioletaSàncheziNogué和Vassili Vorotnikov，以及NREL，大學的其他貢獻者?？屏_拉多州博爾德，莊信萬豐，以及大西洋中部技術研究與創新中心。

　　NREL估計新工藝可能使生物質衍生丙烯腈的銷售價格低于每磅1美元的纖維素生物質或淀粉基糖。每磅1美元的目標被認為是傳統生產丙烯腈的成本競爭力所必需的。

　　部分由于碳纖維用于輕型車輛和飛機的興趣，這將節省燃料成本，碳纖維的需求預計每年增加11％至18％。鑒于碳纖維行業對其基礎化學丙烯腈的價格波動特別敏感（大約需要2磅丙烯腈才能生成1磅碳纖維），因此顯然需要開發替代成本競爭性流程。過去，丙烯價格波動和復合材料生產中的環境可持續性促使人們尋求丙烯氨氧化生產丙烯腈的替代方法。通過這項工作中描述的過程，NREL研究人員向這一目標邁進了一步。

　　科學報道的工作由能源部的生物能源技術辦公室資助。已經就此研究提交了一份國際申請，NREL技術轉讓辦公室將與研究人員合作，以確定該技術的潛在被許可人。

　　NREL是美國能源部可再生能源和能源效率研究與開發的主要實驗室。NREL由可持續能源聯盟有限責任公司為能源部運營。