Ảnh: Phân tách isoprene từ các sản phẩm tự nhiên như cây, cỏ hoặc ngô
Lốp ô tô bình thường được xem là không thân thiện với môi trường vì chúng chủ yếu được làm từ các loại nhiên liệu hóa thạch. Lốp ô tô được sản xuất từ sinh khối bao gồm cây và cỏ, giống lốp ô tô hiện có về cấu trúc hóa học, màu sắc, hình dạng và hiệu suất.
Paul Dauenhauer, PGS kỹ thuật hóa học và khoa học vật liệu tại trường Đại học Minnesota và là trưởng nhóm nghiên cứu cho rằng: "Nhóm của chúng tôi đã đưa ra một quy trình hóa học mới để sản xuất isoprene, phân tử chính trong lốp ô tô, từ các sản phẩm tự nhiên như cây, cỏ hoặc ngô ".
Hiện nay, isoprene được sản xuất bằng cách dùng nhiệt phân tách các phân tử trong dầu mỏ tương tự như xăng trong quy trình "cracking ". Sau đó, isoprene được tách ra khỏi hàng trăm sản phẩm và được tinh chế. Trong bước cuối cùng, isoprene phản ứng với chính nó thành các chuỗi dài để tạo nên một polyme rắn - thành phần chính trong lốp ô tô.
Isoprene có nguồn gốc từ sinh khối là một sáng kiến lớn của các công ty lốp xe trong thập kỷ qua với hầu hết nỗ lực đều tập trung vào công nghệ lên men (tương tự như sản xuất ethanol). Tuy nhiên, isoprene tái tạo đã được chứng minh là một phân tử rất khó để sản xuất từ vi khuẩn và những nỗ lực tạo ra nó bằng một quy trình hoàn toàn sinh học đã không thành công.
Các nhà nghiên cứu đã tập trung vào một quy trình mới bắt đầu bằng việc chiết suất đường từ sinh khối bao gồm cỏ, cây và ngô. Kết quả cho thấy một quy trình ba bước được tối ưu hóa khi được "lai tạp ", nghĩa là nó kết hợp lên men sinh học bằng cách sử dụng vi khuẩn với tinh lọc xúc tác thông thường tương tự như công nghệ lọc dầu.
Bước đầu tiên của quy trình mới là lên men bằng vi khuẩn các loại đường như glucose có nguồn gốc từ sinh khối thành chất trung gian gọi là axit itaconic. Trong bước thứ hai, axit itaconic phản ứng với hydro tạo thành hóa chất methyl-THF (tetrahydrofuran). Bước này được tối ưu hóa khi nhóm nghiên cứu xác định được sự kết hợp duy nhất giữa kim loại với kim loại, đóng vai trò như chất xúc tác hiệu quả cao.
Đột phá công nghệ này nằm ở bước thứ ba khử nước methyl-THF thành isoprene. Sử dụng một chất xúc tác mới được phát hiện tại trường Đại học Minnesota có tên là P-SPP (Phosphorous Self-Pillared Pentasil), nhóm nghiên cứu đã chứng minh hiệu quả xúc tác cao đến 90% với hầu hết các sản phẩm xúc tác là isoprene. Bằng cách kết hợp cả ba bước vào một quy trình, isoprene có thể được tạo ra từ sinh khối tái tạo.
Isoprene có nguồn gốc sinh học về mặt kinh tế có tiềm năng để mở rộng hoạt động sản xuất lốp xe trong nước bằng cách sử dụng tài nguyên tái tạo sẵn có thay vì sử dụng nhiên liệu hóa thạch. Phát hiện này cũng có thể ảnh hưởng đến nhiều sản phẩm cao su công nghệ tiên tiến khác.