РЕКЛАМА

Икономически ефективен начин за превръщане на растенията в възобновяем източник на енергия

ИНЖЕНЕРИНГ И ТЕХНОЛОГИЯИкономически ефективен начин за превръщане на растенията в възобновяем източник на енергия

Учените показаха нова технология, при която биоинженерните бактерии могат да произвеждат рентабилни химикали/полимери от възобновяеми растителни източници

Лигнин е материал, който е съставна част на клетъчната стена на всички сухи растения. Това е вторият най-разпространен естествен полимер след целулозата. Този материал е единственият полимер, открит в растенията, който не се състои от въглехидратни (захарни) мономери. Лигноцелулозните биополимери осигуряват форма, стабилност, здравина и твърдост на растенията. Лигноцелулозните биополимери се състоят от три основни компонента: целулозата и хемицелулозата образуват рамка, в която лигнинът е включен като вид съединител, като по този начин втвърдява клетъчната стена. Оцветяването на клетъчната стена прави растенията устойчиви на вятър и вредители и им помага да не загният. Лигнинът е огромен, но много недостатъчно използван възобновяем източникизточник на енергия. Лигнинът, който представлява до 30 процента от лигноцелулозната биомаса, е неизползвано съкровище – поне от химическа гледна точка. Химическата индустрия зависи най-вече от въглеродни съединения за създаване на различни продукти като боя, изкуствени влакна, торове и най-важното пластмаса. Тази индустрия наистина използва някои възобновяеми ресурси като растително масло, нишесте, целулоза и т.н., но това включва само 13 процента от всички съединения.

Лигнин, обещаваща алтернатива на петрола за производството на продукти

Всъщност лигнинът е единственият възобновяем източник на земята, който съдържа голям брой ароматни съединения. Това е важно, тъй като ароматните съединения обикновено се извличат от невъзобновяемия нефтен източник и след това се използват за производство на пластмаси, бои и т.н. По този начин потенциалът на лигнина е много висок. В сравнение с петрола, който е невъзобновяемо изкопаемо гориво, лигноцелулозите се извличат от дърво, слама или мискантус, които са възобновяеми източници. Лигнинът може да се отглежда в полета и гори и като цяло е неутрален спрямо климата. През последните няколко десетилетия лигноцелулозата се разглежда като сериозна алтернатива на петрола. Петролът задвижва химическата индустрия в момента. Петролът е суровина за много основни химикали, които след това се използват за производството на полезни продукти. Но петролът е невъзобновяем източник и намалява, следователно трябва да се фокусира върху намирането на възобновяеми източници. Това въвежда лигнин в картината, тъй като изглежда много обещаваща алтернатива.

Лигнинът е пълен с висока енергия, но извличането на тази енергия е сложен и скъп процес и по този начин дори се генерира биогориво, тъй като крайният резултат обикновено е много скъп и не може икономически да замени използваната в момента „транспортна енергия“. Проучени са много подходи за разработване на рентабилни начини за разграждане на лигнин и превръщането му в ценни химикали. Въпреки това, няколко ограничения ограничават преобразуването на материята на докосването на растенията като лигнин, за да се използва като алтернативен източник на енергия или дори да се опита да го направи по-рентабилен. Неотдавнашно проучване успешно създаде бактерии (E. Coli) да действат като ефективна и продуктивна фабрика за биоконверсия на клетки. Бактериите растат и се размножават много бързо и са в състояние да издържат на тежки промишлени процеси. Тази информация беше комбинирана с разбиране на естествено наличните разградители на лигнин. Работата е публикувана в Сборник на Националната академия на науките в САЩ.

Екипът от изследователи, ръководен от д-р Сима Сингх от Националните лаборатории в Сандия, реши три основни проблема, които се срещат при превръщането на лигнина в химикали на платформата. Първото голямо препятствие е, че бактериите E.Coli обикновено не произвеждат ензимите, необходими за преобразуването. Учените са склонни да решат този проблем с производството на ензими, като добавят „индуктор“ към ферментационния пръстен. Тези индуктори са ефективни, но са много скъпи и поради това не се вписват добре в концепцията за биорафинерии. Изследователите опитаха концепция, при която съединение, извлечено от лигнин, като ванилия, се използва като субстрат, както и индуктор чрез проектиране на бактерията E.Coli. Това би заобиколило нуждата от скъп индуктор. Въпреки че, както откри групата, ванилията не е добър избор, особено защото след като лигнинът се разгради, ванилията се произвежда в големи количества и тя започва да инхибира функцията на E.Coli, т.е. ванилията започва да създава токсичност. Но това работи в тяхна полза, когато са създали бактериите. В новия сценарий самият химикал, който е токсичен за E.Coli, се използва за иницииране на сложния процес на „валоризация на лигнин“. След като ванилията присъства, тя активира ензимите и бактериите започват да превръщат ванилина в катехол, който е желаният химикал. Освен това количеството ванилин никога не достига токсичното ниво, тъй като се регулира автоматично в настоящата система. Третият и последен проблем беше ефективността. Системата за преобразуване беше бавна и пасивна, така че изследователите разгледаха по-ефективни транспортери от други бактерии и ги конструираха в E. Coli, която след това бързо проследи процеса. Преодоляването на проблемите с токсичността и ефективността чрез такива иновативни решения може да помогне производството на биогориво да стане по-икономичен процес. И премахването на външен индуктор заедно с включването на автоматично регулиране може допълнително да оптимизира процеса на производство на биогориво.

Добре установено е, че след като лигнинът се разгради, той има способността да осигурява или по-скоро да „предоставя“ ценни химикали на платформата, които след това могат да бъдат превърнати в найлон, пластмаси, фармацевтични продукти и други важни продукти, които в момента се извличат от петрол, който не е -възобновяем източник на енергия. Това проучване е уместно като стъпка към проучване и разработване на рентабилни решения за биогорива и биопроизводство. Използвайки биоинженерна технология, ние можем да произвеждаме по-големи количества химикали за платформа и няколко други нови крайни продукта, не само с бактериална E.Coli, но и с други микробни гостоприемници. Бъдещите изследвания на авторите ще се съсредоточат върху демонстрирането на икономично производство на тези продукти. Това изследване има огромно влияние върху процесите на генериране на енергия и разширяването на гамата от възможности за зелени продукти. Авторите отбелязват, че в близко бъдеще лигноцелулозата определено трябва да допълни петрола, ако не и да го замести.

***

{Можете да прочетете оригиналната изследователска статия, като щракнете върху връзката DOI, дадена по-долу в списъка с цитирани източници}

Източник (и)

Wu W et al. 2018. Към инженерство на E. coli с авторегулаторна система за валоризация на лигнин“, Производството на Националната академия на науките. 115 (12). https://doi.org/10.1073/pnas.1720129115

Екип на SCIEU
Екип на SCIEUhttps://www.ScientificEuropean.co.uk
Scientific European® | SCIEU.com | Значителен напредък в науката. Въздействие върху човечеството. Вдъхновяващи умове.

Абонирай се за нашия бюлетин

Да се ​​актуализира с всички най-нови новини, оферти и специални съобщения.

- Реклама -

Най-популярни статии

Хомеопатия: Всички съмнителни твърдения трябва да бъдат премахнати

Вече е универсален глас, че хомеопатията е...

LZTFL1: Идентифициран е високорисков ген на COVID-19, общ за южноазиатците

Експресията на LZTFL1 причинява високи нива на TMPRSS2, като инхибира...

Soberana 02 и Abdala: Първите в света протеинови конюгирани ваксини срещу COVID-19

Технологията, използвана от Куба за разработване на протеинови ваксини...
- Реклама -
99,805Феновекато
69,906последователиСледвай ни
6,333последователиСледвай ни
31АбонатиЗапиши се