Процесс производства этанола из целлюлозного сырья, например, древесной щепы или бумаги, немного походит на сложный французский рецепт: требуется много дорогостоящих компонентов и многими стадиями, каждая из которых сопровождается собственными параметрами настройки и инструкциями, поэтому процесс дорогой и не очень эффективный. Теперь Mascoma, компания по производству целлюлозного биотоплива,находящаяся в Ливане, сообщает о существенном упрощении процесса производства этанола из целлюлозы, путем исключения дорогостоящих ферментов, которые позволяют уменьшить издержки производства этанола из целлюлозы на 20 - 30 процентов.
Стратегия Mascoma, названная объединила биопроцессингом, объединила многократные стадии производства этанола в один, используя генетически проектируемые суперошибки, которые заменяют многократные стадии. Mascoma объявила свои результаты на недавно проводившемся 31-ом Симпозиуме по Биотехнологии для топлива и веществ, в Сан-Франциско.
Существующая технология, чтобы произвести этанол из целлюлозного сырья построена на многостадийном процессе: материал, например, бумагу или измельченную древесина, сначала сепарируют, отделяя целлюлозу от остальной части растения. Затем целлюлоза смешивается с ферментами, которые расщепляют ее до сахара. Затем дрожжи перерабатывают сахар в этанол.
Менее дорогостоящей альтернативой, исследователи Mascoma считают микробы, чтобы объединить последние две стадии процесса: разрушение целлюлозы, и преобразования сахара в этанол. Они говорят, что, если они могут заставить микроорганизмы делать этанол с достаточно высокой производительностью. При этом уменьшив количество дорогих ферментов,которые нужны для расщепления целлюлозы и обычно составляющие половину всех издержек производства этанола.
Компания исследует три потенциальных организма для производства этанола: два типа бактерий, и один штамм дрожжей. C. thermocellum и T. saccharolyticum - теплолюбивые бактерии, способные противостоять высоким температурам, типа испытанных в реакторах. Исследователи изучали оба бактериальных штамма в течение многих лет из-за их естественной способности преобразовать целлюлозу в сахар и сахар фермента в этанол.
Однако, эти штаммы производят очень мало этанола. Ограничивающий фактор - это побочные продукты: обе бактерии разрушают целлюлозу до глюкозы и другого сахара - ксилозы. Бактерии могут преобразовать глюкозу в этанол, но остающаяся ксилоза не может преобразована. К тому же, количество этанола мало, потому что бактерии производят другие органические кислотные побочные продукты в процессе брожения, например, ацетат и лактат. Ученые также нашли, что эти бактерии прекращают расти при высокой концентрации этанола.
Чтобы оптимизировать работу бактерий и увеличить количество получаемого этанола, исследователи Mascoma разработали дваштамма для преобразования ксилозы, без помощи дополнительных ферментов. Они также выключили гены бактерий, которые производят побочные продукты, например, лактат и ацетат, так, чтобы микробы производили только этанол. Наконец, ученые разработали микроб, который продолжает разрушение целлюлозы при высоких концентрациях этанола.
В
работе Mascoma с дрожжами, исследователи добавили гены, не обычно находящиеся в природных штаммах. Дрожжи - очень эффективный производитель этанола и может сбраживать сахар с высокой производительностью. Но дрожжи не имеют никакой естественной способности разрушать целлюлозу. Таким образом ученые Mascoma модифицировали дрожжи, чтобы наделить их свойствами целлюлозразрушающих ферментов. Исследователи также добавили эти гены в дрожжи, которые позволили им преобразовать ксилозу, увеличивая количество получающегося этанола. В экспериментах с бумажными отходами, модифицируемые дрожжи разрушали и преобразовали 85 процентов целлюлозы в сахар и производили этанол без помощи дополнительных ферментов.
Франциска Арнольд, профессор химической технологии и биохимии в Калифорнийском Институте Технологии и член научно-консультационного совета Mascoma, говорит, что работа компании по дрожжам может быть в ближайшем времени найти коммерческое применение. "Мы создали процесс гораздо более производительный и более дешевый, чем существующие" .
"Оптимизация для этих микробов, которые остаются, и мы хотим улучшить их работу, то и норма, в который они hydrolize сахар, который ускоряет полный процесс производства," говорит Джим Флатт, исполнительный вице-президент Маскомы научных исследований. "Они выполняют, они надежны, но мы можем улучшить их далее, и это - то, что мы намереваемся сделать."
Компания начала проверять все три новых микробов на экспериментальном заводе в Риме и это планирует начать промышленное производство до 2010 года.
Qteros, запуск, находящийся в Марлборо, также исследует биопроцессинг с микробами, которые расщепляют целлюлозу и сбраживают сахар для получения этанола. Джеф Шарп, исполнительный вице-президент Qteros, говорит, что полученные данные Маскомы значительно раздвигают границы биопроцессинга.
"Любое продвижение хорошо," говорит Шарп. "Эта конверсионная технология приведет к созданию очень выгодного процесса. с точки "
Дженнифер Чу
www.technologyreview.com
|
