Bez zařazení

Článků v rubrice: 409

12. února 2013

Přes šikovné kvasinky k biopalivu

Ropné zásoby Země se pozvolna vyčerpávají, poptávka po fosilních palivech neklesá. Právě naopak. Kde získat vhodnou alternativu? Výzkumníci z Institutu pro společný výzkum bioenergetických plodin (Joint BioEnergy Institute,JBEI) uvádějí, že řešením mohou být třtinové trávy, galaktan a šikovné kvasinky.

Fotogalerie (3)

Tráva ozdobnice (Miscanthus sp.) je jednou z travin, které by se pro svůj vysoký obsah galaktanu mohly stát zajímavé i z průmyslového hlediska produkce biopaliv (foto autor)

Podle Jay Keaslinga z Národních laboratoří Lawrence Berkeleyho se na území Spojených států nacházejí miliony akrů neobdělávané půdy, která není vhodná pro produkci zemědělských plodin. Pro nenáročnou třtinu však ano. Třtina zemědělským plodinám v požadavcích na vhodnou půdu nekonkuruje a lze ji snadno pěstovat ve velkém. Její výhodou je především to, že z hlediska bio-energetiky jsou třtinové trávy z velké části tvořeny jednoduchými sacharidy. Jediným problémem je najít způsob, jak tyto cukry z třtiny efektivně získat.

Začalo to galaktanem

Na počátku byl galaktan, polymer galaktózy. Šestiuhlíkový sacharid, součást pektinu, který můžeme relativně snadno pomocí kvasinek fermentovat do podoby etanolu.

Získávat biopaliva z celulózní biomasy není novinka; novátorství celého procesu však spočívá ve využití enzymů, které dokáží zvýšit obsahový podíl výstavbového materiálu – galaktanu – ve stěně rostlinných buněk. Geneticky modifikované rostliny se zvýšenou produkcí takového enzymu pak doslova „přetékají“ cukrem. Podle doktora Henrika Schellera z JBEI enzym, pojmenovaný v laboratořích pracovně GT92, skutečně spouští biosyntézu galaktanu.

Identifikace a aplikace funkce první B-1,4 galaktan syntetázy je ale pouze prvním krokem, který může udělat z průměrně zajímavé třtinové trávy velmi zajímavou bioenergetickou plodinu.

Spouštěč GT92

Výstavbovým materiálem bývají u rostlin často hemicelulózy složené převážně z pětičetných (pěti-uhlíkových) cukrů, tj. z pentóz. Zajímavé z hlediska produkce sacharidů jsou ale galaktany hexózy, šestičetné cukry. Pokusy s rostlinou huseníček rolní (Arabidopsis thaliana, oblíbená to modelová rostlina) ukázaly, že v jeho genomu můžeme narazit hned na tři syntetázy, schopné produkovat enzym GT92 – na GALS1,GALS2 a GALS3. Zvýšená exprese genu GALS1 vedla ke zvýšené produkci enzymu, který vybudil aktivitu rostlinné buňky této drobné luční květiny a sacharidové komponenty pektinu (normálně odpovědného za zesilování buněčných stěn dodávajících rostlině odolnost vůči mechanickému stresu) se ukládaly ve větší míře. Výsledkem pokusů byl geneticky modifikovaný huseníček, který dokázal zvýšit produkci pektinů až o padesát procent aniž by se to nějak projevilo na změně pozorovatelných vlastností a znaků rostliny.

Ve hře je i ozdobnice nebo topoly

Aplikaci enzymu se nabízí i do dalších podobných rostlin: kromě třtiny je to např. ozdobnice (Miscanthus giganteus), nebo některé kultivary topolů.

Jaký bude další postup? Jay Keasling popisuje jednotlivé kroky, které se odehrávají v laboratořích JBEI, jako velmi nenáročné a snadné. Přirovnává je k výrobě piva. „Jen místo alkoholu tu vaříme biopaliva,“ říká.

Paliva syntetizovaná z cukrů rostlinných buněk (respektive z jejich stěn) umožňují nahradit benzín, diesel i letecký kerosin prakticky ihned, bez zvláštních úprav na motorech a hnacích zařízeních. Velkou výhodou rostlinných biopaliv je, že představují „uhlíkově neutrální“ zdroj energie. Jejich spalováním nedochází k zásadnímu zvýšení emisí oxidu uhličitého v atmosféře, tak jako je tomu například u tradičních fosilních paliv.

Jak se vaří biopaliva

Rostlinný materiál se nejprve rozmělní na jemnozrnnou štěpku. Ta se umístí do odstředivky spolu s kapalinou, tak aby se z biomasy podařilo extrahovat roztok nasycený celulóznímí polymery. Následně by se do roztoku přidávaly poměrně nákladné štěpné enzymy, v JBEI však volí jiný postup. Mají totiž k dispozici modifikovanou bakterii Escherichia coli, která kvasnou práci odvede prakticky zdarma. Na konci procesu je tekutina prosycená uhlíkovými řetězci, ze které lze vytvořit biopalivo přímo na míru.