Cyanobaktérie (sinice) vyvinuté profesorem R. Malcolmem Brownem a Dr. Davidem Noblesem tvoří spolu s celulózou také glukózu a sacharózu. „Cyanobaktérie, jež jsme vytvořili, je v podstatě zařízení levně vyrábějící cukry, které je snadné zužitkovat do podoby biopaliv,“ říká mikrobiolog a genetik Nobles.
Tím, co je na jejich výtvoru pozoruhodné je to, že k pěstování těchto mikroorganismů lze využít zasolenou půdu a slanou vodu, která je k pití nevhodná. Lze k tomu využít vodu, která se nehodí dokonce ani k zalévání a pěstování obilí.
Cyanobaktérie využívají jako zdroj energie sluneční světlo. S jeho pomocí tvoří cukry a celulózu. Glukóza, sacharóza i celulóza přitom mohou být z takové výrobny kontinuálně „sklízeny“, aniž by došlo k ohrožení, nebo ničení vlastních cyanobaktérií zajišťujících kontinuitu výrobního procesu. To je dost podstatný rozdíl od klasických způsobů získávání celulózy a cukrů z řas, nebo z obilí. U zmíněných tradičních zdrojů je nutné produkující organismy sklidit, uskladnit a k získání cukrů je navíc potřeba dodat enzymy.
Další výhodou vytvořených cyanobaktérií je, že jsou schopny vázat vzdušný dusík. Ve srovnání se stávající technologií výroby biolihu z obilí zde například odpadá nutnost hnojení, zaorání hnojiv,... Při všech těchto činnostech se spotřebovává velké množství nafty, které výsledný efekt snižují.
Nobles vytvořil nové cyanobaktérie tak, že do genomu v přírodě se vyskytujícího kmenu cynobaktérií (sinic) vložil sadu genů zajišťujících tvorbu celulózy. Tyto geny si vypůjčil od nefotosyntetizujících baktérie Acetobacter xylinum, známé to velké producentky celulózy.
Noblesem vytvořené cyanobaktérie jsou opravdu poněkud "noblesní". Vytváří totiž relativně čistou formu celulózy a navíc jde o celulózu ve formě jakéhosi gelu, což je ideální forma pro její následné štěpení na glukózu. Stávající snahy získat energii z rostlin naráží právě na problém s celulózou. Stávajícími technologiemi jsme zatím celulózu získávali ve vysoce krystalizované formě ve směsi s ligninem a dalšími komponenty. Takovou celulózu je problém na jednodušší cukry rozštěpit.
Nová cyanobaktérie má ale ještě jeden trumf v rukávu. Neví se sice proč to dělá, protože to nebylo v plánu pokusu (vědci vnášeli do genomu jen geny pro tvorbu celulózy), ale modifikovaná cyanobaktérie produkuje současně s gelovitou celulózou také velké množství glukózy nebo sacharózy. To, co je pro samotné stvořitele velké překvapení, je pro technology mající na starosti výrobu etanolu doslova požehnáním. Jednoduché cukry lze totiž technologicky využít bez velkých okolků.
Hlavní problémy při klasickém zužitkování celulózy na alkohol jsou dva. Prvním je energeticky náročné mechanické rozbíjení komplexní krystalické pevné struktury celulózy. Druhým pak jsou velké náklady spojené s výrobou enzymu, který celulózu rozštěpí. Oba problémy nově připravená baktérie vyřešila.
Ve stávajících představách výroby biopaliv se předpokládalo, že k energetickým účelům na výrobu etanolu bude nejlepší využít víceleté rákosovité proso, zvané také indiánská tráva (switchgrass). Nebo rychle rostoucí dřeviny, jako je hybridní topol, vrba a další plodiny (sweetgum, sycamore), které jsou víceleté a obrůstají znovu po sklizni. Největšího pokroku a úspěchu bylo dosaženo v jižních státech USA, v subtropickém pásmu Floridy. Například eucalyptus a Leuceanea pěstované na malých hnojených a zavlažovaných pozemcích dávaly výnos 20 až 30 tun suché hmoty na akr (0,4 ha) a rok. Ostatní plodiny, pěstované v jiných oblastech USA zůstávaly na 6 tunách suché hmoty z akru za rok, ovšem jen za předpokladu jejich pěstování na velkých plantážích. Pro výrobu biopaliv se zkouší také pěstovat obilniny a řasy.
Nový směr, který by byl založen na využití zmíněných geneticky modifikovaných cyanobaktériích všechny tyto představy mění. Rozdíl je v tom, že všechny stávající technologie vytvářely tlak na farmáře, kteří místo potravin začali produkovat technologické plodiny. V případě Brazílie zase rostoucí potřeba plochy pro cukrovou třtinu úspěšně likviduje zbytek deštných pralesů.
Nová technologie nevyžaduje zábor orné půdy, ani nevytváří tlak na kácení lesů. Sami autoři (Brown a Nobles ) spočítali, že k produkci etanolu, který se zvažuje přidávat do paliv v USA se musí kalkulovat s potřebou polí o rozloze 1 300 000 km čtverečních, což představuje téměř celou plochu amerického Středozápadu. Autoři soudí, že jejich technologie založená na cyanobaktériích by stejnou produkci etanolu zvládla na poloviční ploše. To vše za stávajícího výtěžku, který z cyanobaktérií dostali, takříkajíc „na první pokus“. Autoři si myslí, že se jim podaří celý proces ještě vylepšit. Laboratorní pokusy ukazují, že fotobiorektory mohou zvýšit produktivitu celého procesu 17 krát. Pokud by se to povedlo ve velkém, tak potřeba zvažované plochy by klesla jen na tři a půl procenta plochy potřebné ke stejné produkci biolihu z obilí.
Nová technologie právě byla v USA pokryta dvěma patentovými přihláškami (20080085520 a 20080085536).
Pramen: University of Texas, Austin
Diskuze:
