化学研究者が製造用の触媒を発見

研究上の発見により、木やトウモロコシからの生物再生可能材料の製造が可能になる

ミネソタ大学

画像: ミネソタ大学の研究者らは、プロセスを改善し、塗料、コーティング剤、おむつなど幅広い製品に使用できる再生可能化学物質の製造コストを大幅に削減する新しい触媒技術を発明した。もっと見る

クレジット: John Beumer、NSF 持続可能なポリマーセンター、ミネソタ大学

ミネソタ大学ツインシティーズの研究者が率いるチームは、樹木やトウモロコシなどの再生可能材料を、塗料、コーティング、高吸水性ポリマーに使用される重要な化学物質であるアクリル酸やアクリレートに変換する画期的な新しい触媒技術を発明した。 新しい触媒技術は効率も高いため、再生可能な化学物質の製造コストが削減されます。

新しい触媒配合物は、トウモロコシ由来の乳酸ベースの化学物質を、これまでに達成された最高の収率でアクリル酸およびアクリレートに変換します。 この技術は、他のクラスの主要な触媒と比較してベンチマークした場合、大幅に高いパフォーマンスを示します。

この研究は、米国化学会の主要なオープンアクセス誌であるJournal of the American Chemical Society Gold (JACS Au) にオンラインで掲載されています。

この研究チームは、革新的な研究を通じてプラスチックの製造方法、非製造方法、および再製造方法を変革するという使命を持つ複数の大学の共同チームである NSF 持続可能なポリマーセンターを通じて、米国国立科学財団から支援を受けました。

アクリル酸および関連アクリレートは、塗料やコーティングから粘着性接着剤、おむつに使用される超吸収性素材に至るまで、日用品に使用されているため、一般の人に最もよく知られています。 これらの化学物質や材料は、過去 1 世紀にわたって化石燃料から作られてきました。 しかし、ここ数十年でトウモロコシ産業は、食品や家畜の飼料を超えて、有用な化学物質の製造まで拡大するまでに成長しました。 そのようなトウモロコシ由来の化学物質の 1 つは持続可能な乳酸であり、多くの日常用途で使用される再生可能で堆肥化可能なプラスチックの製造における重要な成分です。

乳酸は、触媒を使用してアクリル酸およびアクリレートに変換することもできます。 しかし、この新しい触媒が発見されるまで、従来の触媒は非常に非効率的であり、収率が低く、プロセス全体が高価になりすぎていました。

ミネソタ大学化学工学・材料科学学部のポール・ダウエンハウアー教授は、「我々の新しい触媒配合の発見により、乳酸からのアクリル酸の収率がこれまでで最高を達成した」と述べた。 「当社の新しい触媒の性能を以前のすべての触媒と比較してベンチマークしたところ、その性能は以前の例をはるかに上回っていました。」

新しい触媒配合により、収率が向上し廃棄物が削減されるため、トウモロコシから再生可能なアクリル酸およびアクリレートを製造するコストが大幅に削減されます。 これにより初めて、再生可能なアクリル酸の価格が化石由来の化学物質よりも下がる可能性がある。

新しい触媒によって生み出される経済的機会は、再生可能なアクリル酸とアクリレートを低コストで製造することを目的としたスタートアップ企業である Låkril Technologies によって追求されています。 ミネソタ大学から触媒技術のライセンス供与により、Låkril Technologies は研究室を超えて技術を開発します。

「化学品の製造は、半世紀にわたって『ゼオライト』と呼ばれる種類の触媒に依存してきました」と、Låkril Technologies CEOのクリス・ニコラス博士は述べています。 「新しい触媒の発見は、すでに大規模に利用可能なゼオライト配合物に基づいているため、アクリル酸とアクリレートを製造する当社の新しいプロセスは、低リスクで低コストを達成するでしょう。」

シカゴにある Låkril Technologies は、プロセスを拡大するためにすでに 140 万ドルのプレシード融資を受けています。 アイオワ州トウモロコシ生産者協会が資金調達を主導し、ケンタッキー州トウモロコシ生産者協会の参加を得て、ミネソタ州トウモロコシ研究促進評議会、インディアナ州トウモロコシマーケティング評議会、ミシガン州トウモロコシマーケティング評議会からの助成金、および中小企業イノベーション研究（SBIR）賞を受賞しました。米国農務省と米国エネルギー省の両方。

ミネソタ大学では、研究チームは、ミネソタ大学に本部を置く持続可能なポリマーセンターからの資金援助を受けて、化学の基本的な側面を理解するために触媒設計に関する基礎研究を継続する予定です。

「これは、基礎触媒作用の核心である重要な基礎研究の課題に取り組むことが、真の技術的可能性を秘めた革新的な新しいプロセスにどのようにつながるかを示す素晴らしい例です」と、持続可能なポリマーセンターの所長であり、同大学教授のマーク・ヒルマイヤー氏は述べた。ミネソタ大学化学科。 「持続可能なポリマーセンターにおける大きな課題は、バイオマスからポリマー成分への効率的かつ持続可能な変換であり、この研究はその課題に対する画期的な解決策であり、永続的な影響を与えるでしょう。」

再生可能化学について詳しくは、Dauenhauer Research Group の Web サイトをご覧ください。

ジャックス・オー

10.1021/jacsau.2c00513

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