特拉华大学
UD的研究人员和同事正在研究的最终产品之一是用于3D打印的生物树脂
信用:保罗·普兰达 众所周知，如果我们希望帮助地球，我们需要更可持续的材料
生物衍生材料是一个潜在的选择，但如果有人要使用它们，它们必须是经济的
例如，一个更好的基于生物的牛奶罐会很棒
然而，如果牛奶每加仑卖20美元，因为水壶的成本从1美元增加到17美元，没有人会买它
由托马斯·H教授领导
特拉华大学的研究人员和来自加拿大能源公司的合作者组成的Epps，III团队在寻找将生物质升级为新产品的方法时，将这种类型的经济学牢记在心
以木质素为例
木质素是植物和树木的一个组成部分，它提供了力量和硬度，帮助植物抵抗大自然扔给它的东西
然而，在纸浆和造纸工业中，木质素是造纸产品留下的废物
这种类型的木质素，被称为工业木质素，被认为是最脏的，是不可用的东西——除了可能燃烧取暖或添加到轮胎中作为填料
UD的研究人员表示，这种可广泛利用的资源——全世界纸浆和造纸厂每年产生约1亿吨工业木质素废料——可能更有价值
该团队已经证明，可以有效地将工业加工木质素转化为高性能塑料，如生物基3D打印树脂和有价值的化学品
经济和生命周期分析表明，这种方法也可以与类似的石油产品竞争
一篇描述这种新方法的论文于2009年1月28日星期三发表
19岁，在科学进展
这项工作主要由美国国家科学基金会成长融合研究(NSF GCR)项目资助，该项目旨在通过多管齐下的跨学科合作解决问题
UD国家科学基金会GCR项目的负责人、化学和生物分子工程的艾伦和迈拉·弗格森杰出教授埃普斯说:“人们以前从未真正展示过这样的能力，即能够提取技术木质素，不仅将其分解并转化为有用的产品，而且能够以低于石油材料的成本和环境影响来实现。”
他还在材料科学与工程系任职
日常成分克服高压障碍 木质素改质的一个主要问题是，大多数木质素改质工艺都是在非常高的压力下进行的，价格昂贵且难以规模化
当前工业技术的主要缺点包括安全问题、资本成本和与传统溶剂相关的能耗、工艺中使用的温度或压力
为了克服这些挑战，研究小组用甘油代替了木质素分解中使用的传统溶剂甲醇，因此该过程可以在正常(环境)大气压下进行
甘油是一种廉价的成分，因其保湿能力而被用于液体化妆品、肥皂、洗发水和乳液中
但在这里，甘油有助于将木质素分解成化学构件，这些构件可用于制造各种生物基产品，从3D打印树脂到不同类型的塑料、风味和香味化合物、抗氧化剂等
使用甘油提供了与甲醇相同的化学功能，但蒸汽压低得多，这消除了对封闭系统的需求
这一变化使研究人员能够同时进行反应和分离步骤，从而形成一个更具成本效益的系统
在大气压下操作更安全
同样重要的是，它还提供了一条超越小批量的直接途径，并持续运行流程，以更便宜、更快的流程用更少的劳动力生产更多的材料
开发这个过程，使其具有可重复性和一致性，花了大约一年的时间，涉及到本科生的贡献，包括该论文的合著者宝拉·普兰达
普兰达现在是博尔德科罗拉多大学的博士生，他帮助优化了这个过程
她还研究了现有的数据集，研究团队可以制造哪些类型的产品，并估计了这些材料的物理特性
这使得合著者罗雨晴(Marianthi Ierapetritou教授团队中的一名化学工程博士生)能够对该系统进行建模，看看它在经济上是否可行
罗的研究表明，团队的低压法与高压法相比，可以将软木牛皮纸胶的生物基压敏胶生产成本降低高达60%
研究中使用的其他类型的工业木质素的成本优势不太明显，但是软木硫酸盐木质素是纸浆和造纸工业产生的最丰富的工业木质素类型之一
对于实验学家Pranda来说，与她专业领域之外的同学合作很有启发性，比如罗，她的工作重点是模拟化学过程以了解其成本
普兰达说:“我以前从未参与过合作，我对化学工程的其他领域是如何工作的有了深入的了解。”
艾普斯实验室的博士生、该论文的主要作者罗伯特·奥戴阿(Robert O'Dea)认为，罗在经济建模方面的贡献是知道是否要从事这一研究领域的关键
“我们知道我们可以在物理上做到这一点，但我们需要知道在化工厂的规模上这样做是否真的有任何财务意义
余庆的分析表明确实如此，”奥代亚说
通过评估来自加拿大CanmetENERGY项目合作伙伴的不同类型制浆工艺的技术木质素废物，罗可以考虑原料价格或产量等上游成本将如何影响该工艺下游的经济效益
虽然分析表明产量在工厂经济中起着主要作用，但由于降低了资本成本并产生了有价值的副产品，新的低压工艺的运行成本在所有情况下都明显低于传统工艺
参与开发这一工艺的研究人员来自埃普斯小组和UD狄奥尼西奥斯·瓦拉乔斯教授研究小组的同事，目前有一项关于环境压力工艺的专利正在申请中
罗还进行了生命周期评估，以了解有多少温室气体(例如
g
二氧化碳)的排放是由材料生产造成的
很好地处理每一步的成本可以帮助研究人员探索优化流程和材料供应链基础设施的方法
“我们试图捕捉更大的画面，不仅仅是过程的成本，还有整个操作的环境影响，”罗说
学生合作源于在UD国家科学基金会GCR项目下，参与材料生命周期管理工作的教职员工和学生之间的会议
“它自然创造了高影响力的工作，因为国家科学基金会GCR项目鼓励我们同时解决材料科学和环境影响等方面的问题
因此，我们正在通过跨学科合作同时克服多个瓶颈和障碍。”
UD开发的方法将废物转化为有价值产品的潜力如何？ “这表明利用可再生资源制造不同类型的塑料有很大的潜力
你不必使用化石燃料，来自可再生资源的塑料在经济上也是可行的，”普兰达说
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