Ученые создали «одногоршковый» рецепт авиатоплива

Исследователи из Национальной лаборатории им. Лоуренса в Беркли (Министерство энергетики США) создали штамм бактерий Escherichia coli (E. coli), который позволяет производить современные биотопливо из предварительно обработанного растительного материала по «одногоршковому» методу.

Бактерия способна выдерживать жидкую соль (ионную жидкость), используемую для разделения биомассы растений на сахаристые полимеры. Поскольку этот растворитель мешает последующим стадиям производства, его обычно необходимо смывать — дорогостоящий и долгий процесс. Создание устойчивых к ионным жидкостям бактерий устраняет эту необходимость.

Это достижение, описанное в исследовании, которое будет опубликовано 10 мая в журнале Green Chemistry, является критически важным шагом для конкуренции биотоплива с ископаемым, так как упрощает производственный процесс.

Упрощение процесса производства биотоплива

Основные этапы производства биотоплива:

1. Деструкция: разделение целлюлозы, гемицеллюлозы и лигнина, связанных в сложной структуре растения.
2. Сахарфикация: добавление ферментов для высвобождения сахаров из смеси целлюлозы и гемицеллюлозы.
3. Ферментация: бактерии перерабатывают сахар в целевое биотопливо.

Обычно эти этапы проводятся в отдельных реакторах. Ионные жидкости, соли, жидкие при комнатной температуре, эффективны для деструкции, но токсичны для ферментов и бактерий на последующих стадиях.

Ранее ученые из Объединенного института биоэнергетики (JBEI) уже открыли набор ферментов для сахарфикации, устойчивых к ионным жидкостям. В новом исследовании Марийке Фредерикс, первый автор работы, установила, что мутация в гене rcdA приводит к штамму E. coli с высокой толерантностью к ионным жидкостям.

Объединение технологий в одном реакторе

Используя этот штамм как основу, исследователи протестировали его на предварительно обработанной ионной жидкостью мискантусе, предоставленном установкой ABPDU в Беркли.

«Мы создали штамм E. coli, который не только устойчив к ионной жидкости, но и может производить устойчивые ферменты, которые расщепляют целлюлозу, создают сахара и превращают их в биотопливо», — сказала Фредерикс.

Вместо этанола ученые использовали ранее разработанные в JBEI пути синтеза для производства d-лимонена — предшественника авиационного топлива, обладающего большей энергоемкостью.

Это достижение приближает к цели создания простого и надежного процесса прямого преобразования любого возобновляемого растительного материала в готовое топливо в одной емкости.