Bakterie vyrábějí raketové palivo  
Escherichia coli je pro genetické inženýry velmi oblíbenou spolupracovnicí. Nyní začali ohýbat její enzymatické dráhy tak, aby produkovala ekvivalent paliva JP-10.


 

Zvětšit obrázek
Escherichia coli je příležitostně anaerobní tyčinkovitá bakterie pohybující se pomocí bičíků. Vypadají všechny stejně, i ty modifikované. (Kredit: Lawrence Berkeley National Laboratory)

Rentabilní biopalivo?

Vyvinout postup, jak pomocí bakterií či jiných organismů produkovat uhlovodíky vhodné pro spalování v běžných motorech není zase až tak obtížné. Spousta organismů to dělá už ze své přirozenosti. Kamenem úrazu je efektivita takové produkce. Doposud se žádný z projektů nedokázal na výstupu přiblížit ceně paliv z ropy.

 

Zvětšit obrázek
Pamela Peralta-Yahya (vlevo) s polu se Stephenem Sarria, při jednom z pokusů se zkumavkami plnými geneticky modifikovaných Escherichií. Bakterie dovybavené genovými kombinacemi produkují pinen nejochotněji při 37 stupních Celsia. (Kredit: Georgia Tech Photo: Rob Felt)


 Vědci z Georgie Institute of Technology na to zkusili jít z druhé strany. Než aby se snažili nahrazovat naftu a benzín a srazit cenu produktu pod 0,8 USD za litr, zvolili si jako cíl svého snažení dražší palivo, směs uhlovodíků s vysokou energetickou hustotou označovanou jako JP-10. Používá se v americké armádě a letectvu, i jako raketové palivo. Jeho cena je 6,6 USD za litr. Dražší je proto, protože jeho výroba je složitější, podstatou je katalytická hydrogenace dicyklopentadienu.

 


 Tým výzkumníků pod vedením Pamely Peralta-Yahaya se zaměřil na získání pinenu, sloučeniny, kterou v přírodě produkují některé dřeviny (například borovice) a která jako prekurzor pro produkci paliva, svými vlastnostmi ekvivalentem JP-10, je vhodná. 

 
Monoterpen pinen (C10H16) tvoří bakterie podle genů, které si vědci vypůjčili od jehličnanů.

Nápad využít k výrobě pinenu  bakterie není nový, ale Pamelinin tým dokázal nyní tuto produkci podstatně zvýšit tím, že využil geny původem od různých druhů rostlin. Enzymatické kaskády vylepšili na tvorbu dvou různých substancí.  Metodou pokus omyl pak testovali, které z vnucených genových kombinací jsou  kompatibilnější. Ze tří zkoušených enzymů pro enzym zvaný pinen syntetáza a tří pro genaryl difosfát syntetázu, přišli na kombinaci, která poskytuje produkci pinenu v množství 32 mg/litr.  Nyní se tým hodlá věnovat vyřešení problému s inhibicí enzymů, k níž dochází spolu s rostoucí koncentrací pinenu v substrátu. Což je vlastně odolnost organismu k produkované látce.

Zvětšit obrázek
Z toho, co z bakterií vychází, se dají snadno vyrobit dimery pinenů a ty již mohou být využity jako petrolej a palivo JP-10. (Kredit: Pamela Peralta-Yahya a kol.,  Georgia Tech.)

K tomu, aby celý proces se stal ekonomicky zajímavý, jak hlásá podnadpis tohoto článku, je právě nyní ohlášené dosažení šestinásobné zvýšení produkce, potřeba navýšit ještě 26 krát. I to by mělo být podle Pamely dalším bio-inženýringem bakterií dosažitelné. V jejím optimismu  ji podpořilo americké Ministerstvo energetiky, takže finance na zkoumání po několik příštích let, má pro svůj tým zajištěny. Uvidíme, zda se jim jejich předpoklad podaří dosáhnout.


I přes zveřejněné výsledky zůstávají mnozí biologové dál skeptičtí. Problém prý není ve vkládání genů. Ani v zajišťování dostatku živin do substrátu, ale ve vysoké toxicitě pro baktrie nepřirozeného produktu. Stále se zatím jedná zhruba o tři setiny gramů získaných z jednoho litru kultivačního media, což ze „zkumavky“ velké deset krychlových metrů znamená při jednom kultivačním cyklu zisk jen o něco málo větší, než čtvrt kila petroleje. Leda, že by technologové bioinženýrům pomohli nějak průběžně z kultivačního media tuto látku odstraňovat...


Zdroj: Georgia Tech University

Autor: Martin Tůma
Datum: 31.03.2014 08:52
Tisk článku

Co pijeme a jíme? - Jermakovová I.V., Kibardin G.M.
Knihy.ABZ.cz
 
 
cena původní: 228 Kč
cena: 191 Kč
Co pijeme a jíme?
Jermakovová I.V., Kibardin G.M.

Diskuze:

Problémem je energetická účinnost fotosyntézy.

jaroslav mácha,2014-04-03 17:05:18

Její maximum dosahuje 5% u C4 rostlin. Takže nelze očekávat laciné biosyntetizované palivo bez ohledu na sled biochemických reakcí které tvoří výsledný produkt. Navic první reakce, navázání CO2 pomocí enzymu Rubisco probíhá poblíž rovnováhy- už při asi 80 ppm CO2 se reakce zastaví. Znamená to, že evoluce ani umělá změna struktury enzymu nemůže energetickou bilanci zlepšit, protože bilance je dána thermodynamicky.

Odpovědět

Jakub Rint,2014-03-31 19:01:52

JP-10 is a missile fuel, which contains a mixture of (in decreasing order) endo-tetrahydrodicyclopentadiene, exo-tetrahydrodicyclopentadiene, and adamantane. It is produced by catalytic hydrogenation of dicyclopentadiene.

Jinak JP-1 je pravěké letecké palivo do tryskových motorů :)

Odpovědět

JP-1 určitě není energeticky bohatší než bežný

Josef Hrncirik,2014-03-31 11:53:03

"petrolej" do stíhaček či proudových motorů či motorová nafta. Nejspíš je to tryskový petrolej. Nanejvýš hlídají bod varu a tuhnutí a obsah korozivních nečistot. U jednorázového spálení za podmínek plamene a čerpání v raketě to však není důležité. Dvojné či trojné vazby nepatrně zvýší výhřevnost, ale naopak klesne podíl vodíku v molekule a spaliny hůře expandují a tak to vyjde zhruba nastejno. Lepší je když palivo má větší hustotu, tj. obsahuje vyšší cyklické uhlovodíky a má vyšší bod varu. Tím ale zase klesá zastoupení vodíku a je to stále zhruba stejné.

Odpovědět


JP-10

Jiří Kocurek,2014-03-31 19:26:08

Spalné teplo (nebo taky energetická hustota): 42,2 MJ/kg
Objemová hmotnost (správně hustota): 940 kg/m3
Palivo je kapalné od -79 °C do 186°C

Vtip bude zřejmě v energii uskladnitelné v litru paliva: 39,7 MJ/l. Což je maličko výhodnější než nafta (38 MJ/l) a podstatně výhodnější než Jet-A1 (35 MJ/l). Což znamená o 10 % menší nádrže.

Odpovědět




Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni