W Centrum Badań Bioenergii (GLBRC) opracowano nowy szczep drożdży, który może znacznie poprawić efektywność wytwarzania paliwa z biomasy celulozowej m. in. z prosa rózgowego.
Zarówno nowy szczep drożdży oraz sposób jego otrzymania może przyczynić się do poprawy warunków procesu uzyskiwania biopaliw. Do tej pory w produkcji paliw ekologicznych występuje „wąskie gardło” – przy zastosowaniu najwydajniejszego rozpuszczalnika, następuje znaczne uszkodzenie biomasy celulozowej. W rezultacie występują utrudnienia w przeprowadzeniu kolejnego kroku jakim jest krytyczny dla całego procesu etap fermentacji biomasy.
Rys. 1 Baloty słomy – przykład biomasy
Naukowcy tłumaczą, że dotychczas używane ciecze jonowe – rozpuszczalniki są mało skuteczne. W większości przypadków skutecznie doprowadzają do fragmentacji i rozpadu różnych rodzajów biomasy, lecz są jednocześnie bardzo toksyczne dla mikrobów przeprowadzających późniejszą fermentację. Rozpuszczalniki pozwalają na uzyskanie czystego strumienia cukrów roślinnych. Zastosowanie mikroorganizmów umożliwia efektywne przeprowadzenie fermentacji, w której uzyskane wcześniej cukry zostają przekonwertowane na paliwa.
„Ciecze jonowe są szczególnie obiecującą technologią dekonstrukcji biomasy roślinnej, ale ich toksyczność dla bakterii fermentacyjnych stała się wielkim wyzwaniem dla badaczy i naukowców,” powiedział naukowiec Jeff Piotrowski. Jak zauważa badacz, moc rozpuszczalnika może być w pełni wykorzystana, gdy zastosuje się specjalnie przygotowane mikroby. Muszą one być dostosowane do tolerowania specyficznej toksyczności zróżnicowanych cieczy jonowych.
Badacze zastosowali w swoich badaniach nowatorską technikę – genomikę chemiczną. Na początku ustalali liczbę genów w odpowiednim szczepie drożdży przemysłowych. Sprawdzali i typowali, które mogą odpowiadać za reakcję na ciecze jonowe. Następnie usuwali je z genomu. Dzięki temu drożdże stawały się wrażliwe bądź odporne na działanie tych substancji chemicznych. Pozwoliło to naukowcom na zrozumienie toksycznego charakteru oddziaływań cieczy jonowych na drożdże wykorzystywane w celach przemysłowych.
Ta wiedza umożliwia na konstrukcję nowych szczepów drożdży, które oprócz odporności na ciecze jonowe, mają poprawione właściwości przemiany cukru i produkcji biopaliw. Do tej pory usuwanie resztek cieczy jonowej po defragmentacji było dodatkowym etapem procedury uzyskiwania biopaliw. Nowe rozwiązanie pozwala na wyeliminowanie tego kroku, a w efekcie na obniżenie kosztu wytwarzania ekologicznych substancji.
Rys. 2 Przykład biopaliwa – biodiesel B100 z oleju sojowego
Genomika chemiczna jest ciągle nowym sposobem projektowania i rearanżacji mikroorganizmów. Dotychczasowe badania wyraźnie wskazują na wzrost możliwości i bogaty repertuar zastosowań dla przyszłych eksperymentów. „Genomika chemiczna pozwala na szybkie projektowanie nowych szczepów mikroorganizmów w odpowiedzi na każdy nowy związek chemiczny lub jakikolwiek rozpuszczalnik, stosowany w ramach nowych technologii biokonwersji,” powiedział inny badacz, Dickinson.
GLBRC jest jednym z 3 głównych centrów badawczych, zajmujących się zielonymi technologiami energetycznymi. Instytuty te mają za zadanie opracowywanie nowych metod wytwarzania biopaliw z różnorodnych źródeł celulozowych. Badacze zaznaczają jednak, że wykorzystanie tych technik nie ogranicza się jedynie do przemysłu energetycznego. Jak zauważają, wiele leków oraz środków zielonej chemii jest wytwarzana w oparciu o bardzo zbliżone procedury. W związku z tym przełomowe odkrycie oraz inne eksperymenty mogą mieć swoje odzwierciedlenie w innych gałęziach przemysłowych np. w medycynie, farmakologii czy w przemyśle środków czystości.
1. http://news.wisc.edu/new-method-for-bio-designing-yeast-could-improve-biofuel-production/
2. https://www.sciencedaily.com/releases/2016/02/160212164301.htm
Opracował: Karol Madejczyk
Korekta: Ilona Sadok
