科学家认为虾壳蟹壳可作为可再生资源(2)

　　另一方面，Yan提到，含氮化合物的工业制备涉及化石燃料和能源密集型产业。首先，氮气必须通过哈伯博斯制氨法转化成氨，但这一过程的反应效率很低，而且占到全球能源消耗的2%～3%。消耗1摩尔氮气就需要源自化石燃料的3摩尔氢气。

　　深加工则更复杂且成本高昂。例如，产生ETA需要6步：利用煤或天然气制备氢气；从空气中分离氮；氨合成；利用原油裂化反应生产乙烯；将乙烯转化为环氧乙烯；然后将环氧乙烯转化为ETA。

　　研究人员表示，对于ETA生产而言，壳质可能是更稳定的起点。碳、氮和氧已经被束缚在聚合物中，只需要一步就可制出ETA。而且，通过单一步骤就能衍生出其他5种化学物质。

　　化学挑战

　　新加坡国立大学化学和分子生物工程学部研究员Xi Chen提到，利用目前方法从废弃的甲壳动物壳中提取化学物质，效率较低且不经济。“这要求分离出不同的成分，这一过程也叫分馏法。”Chen说，氢氧化钠溶液可以去除蛋白质，碳酸钙主要用盐酸分解，而这些都是具有腐蚀性的危险溶液。

　　而且，为了制备壳聚糖，相关人员需要使用浓度为40%的氢氧化钠溶液处理壳质。利用虾壳生产1千克壳聚糖需要超过1吨水。

　　研究人员表示，结果是高品质壳质的成本会上涨到每公斤200美元，尽管原始物料十分便宜。另外，产业界的精炼壳质用量也较少：每年约1万吨。与此同时，现有壳质设备数量也很低。Yan还提到，壳质或壳聚糖转化成其他化学品也会造成更多问题。

　　自然壳质是一种晶体材料，能阻止试剂很容易地接近聚合物链。在严苛的反应条件下，这些链条很容易经历副作用，形成无数复杂的络合化合物。而反应中，生物基质产品的分离通常是十分困难的。

　　“在我们看来，这些挑战没有比将木质生物质转化为生物燃料和其他化学物质更大，而后者从实验室走向商业化用了20年。”Chen说。

　　利用壳肥料建立一个利润可观且可持续发展的产业则需要创造性化学。它需要一种可持续的分离法，分隔蛋白质、碳酸钙和壳质，而且应避免使用腐蚀性危险试剂，并要减少浪费。

　　不过，新方法正在浮现。例如，墨西哥和英国研究人员提出了壳质制备的乳酸发酵工艺。该过程能在单一反应器中转化30～50千克壳废料。英国、美国和中国研究人员则研发出一种能消耗蛋白质和分解碳酸钙的细菌混合物。蛋白水解质和乳酸钙作为副产品，可用于生产动物饲料和钙补充剂。

　　另外，美国宾夕法尼亚大学科学家曾发现，被丢弃的蟹壳、虾壳很可能是延长水上传感器的供电源——微生物燃料电池使用寿命的关键。他们用一个由碳纤维布制作的枕头状电极，对包括壳质在内的各种甲壳物质进行研究。电极被放置在海底沉积物里或悬在水中，以供自然存在的微生物通过吞吃壳质维持体力，四下游动，造成电荷流动。研究人员测试了两种不同尺寸的壳质，结果发现，在无需为细菌增加有机食物的情况下，细颗粒壳质和粗颗粒壳质都能增加海洋微生物燃料电池的产电能力。