Ученые работают над подключением микроорганизмов к энергосистеме
Решение надвигающегося топливного кризиса XXI века может быть найдено в микроскопических организмах. Бактерии, цианобактерии, грибы и микроводоросли — это биологические фабрики, которые, как показывают исследования, являются эффективными источниками недорогих и экологичных биотоплив, способных заменить нефть. Эти данные были представлены на 109-м Общем собрании Американского общества микробиологии.
Проблема и цель
Основная задача — создание биотоплив нового поколения из непищевой целлюлозной биомассы, чтобы прекратить дебаты «еда против топлива». Сейчас почти весь этанол в США производится из кукурузного крахмала, что критикуют за рост цен на продукты.
Ключ к решению: целлюлозная биомасса
Перспективные источники — лигноцеллюлозная биомасса: древесные отходы, макулатура, сельскохозяйственные остатки (например, жмых сахарного тростника), энергетические культуры (мискантус) и непищевые части кукурузы (початки, стебли). Проблема в том, что сахара для ферментации «заперты» внутри этой биомассы.
Научные подходы
- Скрининг биомассы: Ученые из Национальной лаборатории Ок-Ридж адаптировали метод высокопроизводительного скрининга из фармацевтики. Они протестировали около 1300 образцов тополей из северо-запада США и обнаружили, что некоторые деревья легче отдают сахара, даже в пределах одного вида. Причины (генетические или экологические) изучаются.
- Поиск эффективных микробов: Исследуется бактерия Anaerocellum из горячего источника в Йеллоустоуне. Она растет при ~80 °C и является консолидированным биопроцессирующим микроорганизмом: может одновременно расщеплять целлюлозную биомазму до сахаров и ферментировать их в ацетат и этанол, что экономит время и деньги.
- Инженерные микробы: Компания LS9 создала запатентованный микроорганизм, который в одностадийном процессе производит дизельное топливо UltraClean™. Технология использует естественные пути синтеза жирных кислот у микробов, перенаправляя их. Топливо, подобное маслу, отделяется в ферментере и всплывает, что эффективнее дистилляции этанола. В качестве сырья сейчас используется сахарный тростник, что, по оценкам, снижает углеродный след на 80% по сравнению с нефтяным топливом.
- Водород и «микробные батареи»: Другое направление — производство водорода. Лаборатория Тима Доногью использует пурпурных бактерий Rhodobacter sphaeroides, которые с помощью фотосинтеза производят водород из целлюлозного сырья и солнечного света. Водород затем преобразуется в электричество в топливных элементах. Уже создан лабораторный прототип «микробной батареи» — замкнутая система с бактериями и топливным элементом, которая на солнечном свету вырабатывает ток, достаточный для работы ноутбука.
Вывод
Как отмечает Тим Доногью, эти исследования показывают, как в США работают над использованием микробной активности для создания топлива следующего поколения. Основная задача — снизить высокую стоимость расщепления целлюлозной биомассы, что сейчас сдерживает создание устойчивой индустрии биотоплива.