Технології

Відкрито новий спосіб перетворення біомаси в біопаливо за допомогою мікроорганізмів

Неїстівні рослини є багатообіцяючою альтернативою сирій нафті, але їх неоднорідний склад може стати проблемою для отримання високих врожаїв. Вчені розробили платформу, яка об’єднує різні мікроорганізми. Саме вони, згідно з дослідженням, опублікованим в журналі Science, мають вирішальне значення для перетворення біомаси в біопаливо.

В умовах, коли гонка за поновлюваними джерелами енергії йде повним ходом, заводи пропонують один із найбільш багатообіцяючих кандидатів на заміну сирої нафти. Зокрема, лігноцелюлозу — біомасу з неїстівних рослин, таких як трава, листя і деревина, які не конкурують з харчовими культурами. Вона широко поширена і поновлювана, а також являє собою відмінний альтернативне джерело нафти для цілого ряду хімічних речовин.

Щоб витягти з неї корисні хімічних речовин, лігноцелюлозу попередньо обробляють, щоб «розбити» її і полегшити подальше перероблення. Потім вона піддається дії ферментів, яка розчиняє целюлозу, що є ланцюг пов’язаних цукрів (глюкози). Цей етап може бути виконаний шляхом додавання мікроорганізму до попередньо обробленої лігноцелюлози, яка природним чином продукує необхідні ферменти, що розщеплюють целюлозу.

Ферменти «розщеплюють» целюлозу і перетворюють її в окремі цукри, які потім можуть бути перероблені для отримання ключової хімічної речовини: молочної кислоти. Цей другий крок також здійснюється за допомогою мікроорганізму, бактерії, яка «поїдає» цукри і виробляє молочну кислоту, коли навколо немає кисню.

На останньому етапі цієї мікробіологічної складальної лінії молочна кислота може бути перероблена для отримання цілого ряду корисних хімікатів.

Команда вчених з Бернського університету прикладних наук (BFH), Кембриджського університету і EPFL зробила цей складальний ланцюжок можливим ??в одній установці і продемонструвала, що це перетворення можна зробити найбільш універсальним і модульним. Легко замінюючи мікроорганізми на заключному етапі обробки молочної кислоти, вони можуть виробляти цілий ряд корисних хімікатів.

Ілюстрація різних хімікатів, які можна виробляти з бука з використанням лактатної платформи. Надано: Р.Л. Шахаб / Science

Дослідники представляють те, що вони називають «лактатною платформою», яка, по суті, являє собою просторово розділений біореактор, що дозволяє співіснувати безлічі різних мікроорганізмів, кожен з яких виконує один з трьох етапів обробки лігноцелюлози.

Платформа перебуває з трубчастій мембрані, через яку проходить певна кількість кисню. На поверхні пробірки можна вирощувати грибок, який споживає весь кисень, що проходить через мембрану, і забезпечує ферменти, які розщеплюють целюлозу на цукри. Ще далі від мембрани і, отже, в атмосфері без кисню ростуть бактерії, які «з’їдають» цукри і перетворюють їх в молочну кислоту.

Але нововведення, яке зробив автор дослідження, полягає на останньому етапі. Використовуючи різні мікроорганізми, які ферментують молочну кислоту, він зміг зробити різні корисні хімічні речовини. Одним із прикладів була масляна кислота, яку можна використовувати в біопластику, а лабораторія Лютербахера недавно показала, що її можна навіть перетворити в паливо для реактивних двигунів.

Робота демонструє переваги змішаних мікробних культур при переробці біомаси лігноцелюлози: модульність і здатність перетворювати складні субстрати в цінні платформні хімічні речовини.

Натхнення: hightech.fm

Кнопка «Наверх»
Закрыть