Микроб для улучшения производства биотоплива

Процесс производства биотоплива может быть дорогим и требовать значительного использования ископаемого топлива. Запатентованный процесс микробиолога из Технологического университета Миссури может снизить стоимость, уменьшить зависимость от ископаемого топлива и упростить процесс.

Процесс использует микроб, который процветает в экстремальных условиях.

Доктор Мелани Мормайл, профессор биологических наук, обнаружила, что конкретная бактерия Halanaerobium hydrogeniformans может упростить производство биотоплива. Поскольку бактерия процветает в условиях высокой щёлочности и солёности, она может устранить необходимость нейтрализации pH биомассы — шаг, требуемый при щелочной обработке биомассы для производства водородного топлива и других биотоплив. Мормайл и её коллеги получили два патента на разработку процесса производства биотоплива с использованием этой бактерии.

«При разработке биотоплива требуется много энергии для расщепления биомассы до точки, где бактерии могут ферментировать её с образованием этанола или, в нашем случае, водорода и других полезных продуктов», — говорит Мормайл.

Проблемы традиционного метода:

• Обычный метод включает паровую обработку проса и соломы для отделения лигнина (ненужного побочного продукта) от целлюлозы.
• Процесс требует электричества (от угля или газа) для генерации пара, что приводит к выбросам CO₂ и зависимости от ископаемого топлива.
• Деградация лигнина производит соединения, которые ингибируют ферментацию и приводят к низкому выходу водорода.

Преимущество щелочной обработки и новой бактерии:

• Обработка биомассы щёлочью удаляет лигнин с ограниченным образованием вредных соединений, но полученная суспензия высокощелочная и очень солёная.
• До открытия Halanaerobium hydrogeniformans требовался этап нейтрализации перед ферментацией. С бактерией Мормайл этот шаг можно исключить.

«Это показывает перспективность производства водорода из щелочно предварительно обработанной биомассы. При щелочной предварительной обработке не нужно применять тепло, а использование нашей бактерии позволит пропустить процесс нейтрализации. Это делает процесс менее дорогим и более эффективным», — объясняет Мормайл.

Результаты и перспективы:

• Команда наблюдает производство водорода, сравнимое с генетически модифицированным организмом, при этом геном бактерии ещё не модифицировали.
• Мормайл ищет способы оптимизировать рост организма и минимизировать стоимость, работая с доктором Оливером Ситтоном над оптимизацией роста бактерии в биореакторе.
• Уже показано производство водорода в лабораторном реакторе. Следующий шаг — найти лучшую питательную среду и оптимизировать производство водорода.

«Мы понимаем, что это не решит всех проблем с транспортным топливом, но хотели бы, чтобы это развилось в региональные решения. Фермерские сообщества могли бы брать сельскохозяйственные отходы, проводить щелочную предварительную обработку, подавать их в реактор на месте и производить водородное топливо непосредственно для использования на ферме», — говорит Мормайл.

Происхождение бактерии:

• Мормайл изучает экстремофилов — формы жизни, существующие в экстремальных условиях.
• Бактерия Halanaerobium hydrogeniformans была взята из озера Соп-Лейк в штате Вашингтон.
• Озеро уникально: оно не перемешивалось более 2000 лет из-за высокой солёности. Его вода имеет тот же pH, что и аммиак, и в 10 раз солонее морской воды.
• Высокое содержание соли в придонном слое, похожем на сироп, предотвращает перемешивание и удерживает питательные вещества.

Планы на будущее:

• Мормайл надеется вернуться к озеру Соп-Лейк в поисках новых организмов.
• «Этот процесс — только один шаг. Мы знаем, что наши бактерии не могут расщеплять целлюлозу. Поэтому мы хотим найти бактерии, которые могут расщепить целлюлозу на более мелкие компоненты, которые наши ферментирующие бактерии смогут использовать», — заключает исследователь.