Последствия засухи для производства биотоплива
Растительные источники устойчивого топлива могут способствовать энергетической безопасности и независимости США в ближайшей перспективе. Однако погодные условия могут сильно влиять на урожайность сельскохозяйственных культур. В этом исследовании ученые изучили влияние погоды на производство биотоплива, сравнив просо прутьевидное (switchgrass) и кукурузную солому, собранные после года сильной засухи и после двух лет нормальных осадков.
Ключевые результаты
- Растения, выращенные в условиях засухи, произвели больше сахаров.
- Однако эти сахара химически изменились на этапе предварительной обработки (pretreatment), который разрушает физическую структуру клеточной стенки растения.
- Вместо желаемого топлива образовались токсичные соединения — имидазолы и пиразины.
- Эти токсины подавили конверсию — заключительный этап, на котором микроорганизмы (например, S. cerevisiae) сбраживают сахара в биотопливо.
Механизм проблемы
В ответ на сильную засуху на Среднем Западе в 2012 году в просо прутьевидном накопилось значительно больше растворимых сахаров по сравнению с годами без засухи. Во время предварительной обработки, которая использует химикаты на основе аммиака, эти сахара вступили в реакцию и образовали высокотоксичные имидазолы и пиразины.
Возможные решения
Проблему, возможно, удастся преодолеть двумя путями:
- Удаление растворимых сахаров до этапа предварительной обработки.
- Использование микробных штаммов, устойчивых к токсичному действию имидазолов и пиразинов.
Значение исследования
- Это первое исследование, связывающее изменения в количестве осадков и других условиях во время роста культуры с потенциальным негативным воздействием на производство биотоплива.
- Работа подчеркивает необходимость разработки производственных систем, устойчивых к сахарам, образующимся в условиях стресса, и способных превращать эти сахара в целевое биотопливо.
- Исследование показывает, что хотя выращивание энергетических культур на маргинальных землях (чтобы избежать конкуренции с продовольственными культурами) имеет преимущества, растения там могут испытывать более высокий уровень стресса, что негативно сказывается на микробах при производстве биотоплива.
- Для создания устойчивых систем производства биотоплива необходимо смягчать негативные последствия стресса, такого как колебания количества осадков и доступности воды.