Новая платформа ускоряет превращение сельхозкультур в топливо

Исследователи из Принстона разработали новый способ получения топлива из целлюлозы — самого распространенного на Земле органического соединения, содержащегося во всех растительных клетках. Метод ускоряет известный медленный химический процесс и в некоторых случаях удваивает выход энергии по сравнению с аналогами.

Платформа использует недавно разработанную эмульсию целлюлозы, которая облегчает метаболизм соединения в другие химические вещества. Комбинируя эту эмульсию с инженерными микробами и световым генетическим инструментом, команда показала, что может эффективнее производить биотопливо из целлюлозы.

Статья, опубликованная 17 июля в журнале Biotechnology for Biofuels, демонстрирует работу платформы как с этанолом (нынешним основным биотопливом), так и с изобутанолом — биотопливом, которое превосходит этанол в качестве прямой замены бензина и может служить основой для авиатоплива. В обоих случаях новый метод существенно улучшил скорость производства и выход продукта по сравнению с необработанной целлюлозой.

Основная проблема в том, что целлюлозу очень трудно переработать. Сначала её нужно расщепить на отдельные молекулы сахара, прежде чем можно будет получить топливо. Наша работа показывает новый и более эффективный способ расщепления целлюлозы для производства биотоплива.

Целлюлозная биомасса давно рассматривается как ключевой компонент для сокращения выбросов парниковых газов, обеспечивая сырьё для возобновляемого и чистого транспортного топлива. Однако текущие процессы превращения целлюлозы в простые сахара для производства топлива сталкиваются с экономическими трудностями, отчасти из-за медленных скоростей конверсии и неэффективности.

В этом исследовании показан новый подход. Вместо кристаллов целлюлозы команда использовала эмульсии предварительно обработанной целлюлозы, недавно разработанные в Технионе-Израильском технологическом институте. Эмульсия облегчает ферментам расщепление прочных целлюлозных цепей на отдельные молекулы глюкозы и одновременную подачу этой глюкозы генетически модифицированным дрожжам для ферментации. С помощью света команда контролировала выход дрожжей, переключая метаболические пути для оптимизации получения целевого продукта.

В первый час переваривания целлюлозы их платформа работала примерно в 40 раз быстрее, чем с необработанной кристаллической целлюлозой. Для изобутанола процесс был в целом до 4 раз быстрее и вдвое продуктивнее.

Хотя это исследование не решает всех препятствий для коммерческой жизнеспособности, результаты демонстрируют многообещающее новое направление в создании современных биотоплив из энергетических культур и сельскохозяйственных остатков.

Если мы хотим достичь целей Парижского соглашения по удержанию глобального потепления ниже 1.5 °C, нам необходимо достичь углеродной нейтральности к 2050 году. Даже при оптимистичных темпах электрификации автомобилей и грузовиков останется разрыв для полного отказа от ископаемого топлива в транспорте за этот период. Нам понадобится устойчивое топливо с низким уровнем выбросов углерода, чтобы заполнить этот пробел. И, конечно, есть самолеты, которые мы вряд ли сможем электрифицировать к 2050 году. Таким образом, в обозримом будущем нам понадобятся устойчивые биотоплива.