化学品的绿色转型！生物基助力新应用

生物学和化学是每个全球行业的关键部分——从农业、烹饪和食品生产到个人保健产品和消费品包装。这些行业擅长选择和部署高效的微生物来生产能够产生结果的化学品。

生物聚合物

生物基聚合物是由可再生资源生产的材料。术语生物基聚合物和可生物降解聚合物在文献中被广泛使用，但它们之间存在关键区别。可生物降解的聚合物是物理和化学性质恶化并最终完全降解的材料，当暴露于微生物，好氧和厌氧过程或水解时。生物基聚合物可以是可降解的（例如聚乳酸）或不可降解的（例如生物聚硫代酯）。同样，虽然许多生物基聚合物是可生物降解的（例如淀粉和聚羟基链烷酸酯），但并非所有可生物降解的聚合物都是生物基的（例如聚己内酯）。

生物基聚合物正受到越来越多的关注，这是由于环境问题以及认识到全球石油资源是有限的，必须确定更可再生、可持续的材料。生物基聚合物不仅在多种应用中取代了现有的聚合物，而且还提供了新的性能组合，开启了新的应用。

生物基聚合物通常通过三种方法生产：1）从农业资源中提取和分离，2）发酵过程和3）使用可再生资源（包括木质纤维素生物质，脂肪酸和有机废物）的构建块进行常规合成。一些生物基聚合物，如蛋白质、核酸和多糖，是天然存在的。

一种更具商业吸引力的生物基聚合物是聚乳酸（PLA）。虽然它是在1845年被发现的，但PLA直到1990年代初才商业化。其独特而吸引人的特性包括良好的透明度、光泽的外观、高刚性和耐受各种加工条件的能力。

PLA广泛用于食品包装，包括食品托盘，水瓶，糖果包装纸和茶包。最近，它已被用作汽车和化学工业中的膜材料。在其油田化身中，聚合物出现在流体损失控制和流体转移剂，压裂砂和支撑剂载体剂，滤饼去除剂和可降解物体中。

与PLA一样，由细菌发酵产生的聚酯家族聚羟甲基烷酸酯（PHAs）已迁移到油田。PHA天然存在于各种生物体中。可以分离出最有效的生产者并进行商业发酵，以最大限度地提高PHA的质量和产量。

聚羟丁酸酯是最简单的PHA，由Maurice Lemoigne于1926年发现，是巨型芽孢杆菌的成分。此后已经确定了其他PHA单体，这种多样性允许生产多种生物基聚合物，这些聚合物具有针对特定应用量身定制的各种性能。

PHA具有与聚苯乙烯和聚丙烯相似的热性能和机械性能。因此，PHA适用于广泛的食品和医疗包装应用，以及一次性物品，如热杯盖、叉子、勺子、刀具和化妆品。PHA及其共聚物被广泛用作生物医学植入材料和药物输送系统。在石油工业中，PHA用于去除滤饼，作为内部破碎机来降低完井液的粘度，并封装用于受控化学品释放应用的化学添加剂。

生物溶剂

溶剂是许多化学工艺和产品的重要组成部分。它们用于各种工业应用，包括农用化学品、油漆和涂料、家用和工业清洁剂以及药品。如今，消费者不仅可以根据其物理特性来选择溶剂，还可以根据其对环境的影响来选择溶剂。许多消费者更喜欢环保溶剂或传统产品的绿色替代品。在这个新时代，生物溶剂正变得越来越广泛，因为它们将环保特性与低成本相结合。

图1    生物衍生溶剂示例

要使溶剂被视为绿色溶剂，它必须满足几个标准。它应该是生物基的，不含挥发性有机化合物，无毒，可生物降解和可回收。绿色溶剂可以包括多种产品（图1），特别是生物基乙醇、D-柠檬烯、双戊烯和大豆酸甲酯。

虽然大豆酸甲酯（大豆脂肪酸甲酯）的市场份额正在迅速增加，但许多制造商目前更喜欢生物基乙醇，因为它的广泛商业化使其更实惠，更方便购买。它有助于生物基乙醇适用于多种应用。乳酸乙酯是另一种越来越受欢迎的绿色溶剂，主要作为石油溶剂的替代品。

最近，Circa集团，一家提供将废弃生物质转化为先进生化材料的解决方案的公司，推出了一种生物基偶极非质子溶剂Cyrene，它提供了石油衍生的二甲基甲酰胺和N-甲基-2-吡咯烷酮产品的替代品。这些产品用于生产药品、颜料、脱漆剂和粘合剂。

绿色溶剂更令人兴奋的用例之一是干洗。传统的干洗溶剂会产生有害的废物，包括碳、染料、油脂和各种过滤材料。但多亏了Green Biologics，干洗店现在可以使用由玉米制成的生物基溶剂（亚甲基二丁醚）。它被称为SOLVONK4，比传统溶剂清洁得更好，不会损害环境，并最大限度地减少与健康相关的问题。此外，它是第一个也是唯一一个用于干洗的生物基溶剂。

各种生物溶剂，包括D-柠檬烯、双戊烯、乳酸酯和脂肪酸酯，已被用于油田，以提高油基钻井泥浆以及修复和增产流体系统的效率。这种流体系统有助于清除管道沉积物，修复石蜡和沥青质沉积物以及清洁储罐。

生物基溶剂已用于生产化学品以及钻井和完井应用的产品的配方和输送。例如，它们通常与表面活性剂配对，以获得用于返排助剂的微乳液，并提高常规和非常规储层的石油采收率。