Новий підхід до одержання палива із целюлози

Процес виробництва етанолу з целюлозної сировини, наприклад, деревної тріски або паперу, трохи схожий на складний французький рецепт: потрібно багато дорогих компонентів з багатьма стадіями, кожна з яких супроводжується власними параметрами налаштування та інструкціями, тому процес дорогий і не дуже ефективний. Тепер Mascoma (компанія з виробництва целюлозного біопалива, що знаходиться в Лівані) повідомляє про суттєве спрощення процесу виробництва етанолу з целюлози, шляхом виключення дорогих ферментів, які дозволяють зменшити витрати виробництва етанолу з целюлози на 20 - 30 відсотків.
Стратегія Mascoma об'єднала багаторазові стадії виробництва етанолу в один, використовуючи генетику, яка замінює багаторазові стадії.
Існуюча технологія для вироблення етанолу з целюлозного сировини побудована на багатостадійному процесі: матеріал, наприклад, папір або подрібнену деревину, спочатку сепарують, відокремлюючи целюлозу від іншої частини рослини. Потім целюлоза змішується з ферментами, які розщеплюють її до цукру. Потім дріжджі переробляють цукор в етанол.
Менш дорогою альтернативою дослідники вважають мікроби, щоб об'єднати останні дві стадії процесу: руйнування целюлози і перетворення цукру в етанол. Вони можуть змусити мікроорганізми робити етанол з досить високою продуктивністю, зменшивши при цьому кількість дорогих ферментів, які потрібні для розщеплення целюлози і зазвичай складають половину всіх витрат виробництва етанолу.
Компанія досліджує три потенційних організми для виробництва етанолу: два типи бактерій і один штам дріжджів. C. thermocellum і T. saccharolyticum - теплолюбні бактерії, здатні протистояти високим температурам, як в реакторах. Дослідники вивчали обидва бактеріальних штами протягом багатьох років через їх природну здатність перетворювати целюлозу в цукор, а цукор в етанол.

Рис.9. C. Thermocellum переробляють Рис.10. Бактерії T. saccharolyticum

фільтрувальний папір
Однак, ці штами виробляють дуже мало етанолу. Обмежуючий фактор - це побічні продукти: обидві бактерії руйнують целюлозу до глюкози та іншого цукру - ксилози. Бактерії можуть перетворити глюкозу в етанол, але залишається ксилоза, яка не перетворюється. До того ж, етанолу виходить мало, тому що бактерії виробляють інші органічні побічні продукти в процесі бродіння, наприклад, ацетат і лактат. Вчені також виявили, що ці бактерії припиняють рости при високій концентрації етанолу.
Щоб оптимізувати роботу бактерій і збільшити кількість одержуваного етанолу, дослідники розробили два штама для перетворення ксилози без допомоги додаткових ферментів. Вони також вимкнули гени бактерій, які виробляють побічні продукти, наприклад, лактат і ацетат так, щоб мікроби виробляли тільки етанол. Нарешті, вчені розробили мікроб, який продовжує руйнацію целюлози при високих концентраціях етанолу.
У роботі з дріжджами, дослідники додали гени, що не знаходяться в природних штамах. Дріжджі - дуже ефективний виробник етанолу, які можуть зброджувати цукор з високою продуктивністю. Але дріжджі не мають жодної природної здатності руйнувати целюлозу. Таким чином вчені модифікували дріжджі, щоб наділити їх властивостями целюлозоруйнуючих ферментів. Дослідники також додали ці гени в дріжджі, які дозволили їм перетворити ксилозу, збільшуючи кількість отриманого в процесі етанолу. В експериментах з паперовими відходами, модифіковані дріжджі зруйнували і перетворили 85 відсотків целюлози в цукор і виробили етанол без допомоги додаткових ферментів.
Це поки що найдешевший процес отримання палива зі всіх існуючих.

Додаток 2

Дата добавления: 2015-07-16