Немецкие микробиологи оптимизируют производство биоэтанола
Противоборство «еда против топлива» набирает актуальность на фоне сокращения сельхозугодий и тренда на использование биотоплива. Исследователи из Технического университета Мюнхена (TUM) работают над его разрешением: они стремятся эффективно использовать для промышленного производства биоэтанола трудноперерабатываемые остатки полевых культур. Учёные изучают бактерии, превращающие целлюлозу в сахар, что повышает энергоотдачу от растений. В случае успеха в будущем из одного урожая можно будет получать и хлеб, и биотопливо.
Биоэтанол, производимый из растительного материала путём ферментации микроорганизмами, подвергается критике, поскольку до сих пор его делали из культур вроде пшеницы, сахарного тростника или кукурузы, а точнее — из содержащегося в них в форме крахмала сахара. Это делает урожай недоступным для питания. Идея учёных из отдела микробиологии TUM заключается в использовании сахара, запасённого в стеблях и листьях растений в форме целлюлозы. Цель — в промышленных масштабах превратить почти не используемую целлюлозу в сахар для последующей переработки в биоэтанол.
Однако целлюлоза как основной компонент клеточных стенок растений крайне прочна. Её разложение на сахар — сложная задача. В природе её решают ферменты, например, у бактерий в желудках коров, которые помогают переваривать траву. Но этот процесс у бактерий идёт очень медленно. Для эффективного и рентабельного промышленного производства его необходимо значительно улучшить.
Учёные TUM решают эту задачу двумя путями:
- Поиск в природном микробном разнообразии ещё неизвестных целлюлозоразрушающих ферментов.
- Выделение из природы новых «поедающих целлюлозу» микробов для детального изучения.
Особое внимание уделяется почвенной бактерии Clostridium thermocellum. У неё есть более 70 ферментов для расщепления разных частей растительных клеточных стенок. Благодаря такому «инструментарию» бактерия идеально адаптируется к среде, будь то солома, листья или древесные отходы, производя на своей поверхности разные эффективные ферментные комплексы.
В лаборатории исследователи тестируют этот принцип, чтобы найти идеальные комбинации ферментов для промышленного разложения целлюлозы. Они выявили самые мощные ферменты, получили их в пробирке и скомбинировали в различных вариациях, отобрав лучшие. Сейчас идёт оптимизация наиболее эффективных комбинаций для промышленного использования. Конечная цель — разработать специализированный инструмент деградации для каждого отдельного целлюлозосодержащего растительного отхода.
Эти исследования соответствуют текущим промышленным трендам. Компания Süd-Chemie AG уже строит в Штраубинге опытную установку для преобразования соломы в этанол.