Bakterie E. coli rafinérií na biopalivo  
Geneticky vylepšené bakterie E. coli dovedou rozložit celulózu z rostlinné hmoty na jednoduché cukry, které pak pozřou a nakonec vypustí jako bionaftu. Budeme za pár let jezdit na palivo z bakteriálních bioreaktorů?

 

Zvětšit obrázek
Patří budoucnost biopaliv bakterii E. coli? Kredit: iGEM 2007

Bez ohledu na politické postoje asi nebude problém souhlasit s tím, že paliva není nikdy dost a že je fajn snažit se vyrobit ho co nejvíc z co nejrozmanitějších zdrojů. V tomto případě je totiž pestrost zaručenou bezpečnostní pojistkou. Mezi jinými pozoruhodnými nápady se v poslední době těší značné popularitě koncept výroby biopaliva v bakteriálních bioreaktorech, kde šikovné bakterie zpracovávají rozemleté kusy rostlin, vznešeně označované jako rostlinná biomasa.


Bioinženýr Jay Keasling z University of California v Berkeley a jeho spolupracovníci v nejnovějším čísle časopisu Nature publikovali výsledky svých molekulárních hrátek, během nichž lstivě geneticky upravili bakteriální hvězdu první velikosti – nepřekonatelnou E. coli. Jejich dítka dovedou přežvýkat cukry z rostlinné hmoty a udělat z nich vytoužené biopalivo.

Zvětšit obrázek
Elegantní Clostridium stercorarium. Kredit: TU Munchen

 

Keaslingův tým vložil do genomu E. coli geny, které těmto bakteriím umožňují vyrábět bionaftu – směs esterů nenasycených mastných kyselin přímo z rostlinných zbytků. Bakterie si jen tak plavou v bioreaktoru a vesele vypouštějí biopalivo, které pak lze snadno odčerpat ze svrchní části nádoby a odvézt do čerpacích stanic. Celý postup je nápadně snazší, než výroba bionafty z rostlinných olejů, která zahrnuje náročnou transesterifikaci spočívající v mísení metanolu s hydroxidem sodným a pak s řepkovým, případně sojovým nebo jiným olejem. Zároveň není nutná žádná destilace nebo jiný komplikovaný proces čištění výsledného produktu, čímž se bakteriální biopalivo liší od bionafty vyráběné z rozemletých buněk řas.


Jedním z klíčových momentů bylo zpracování genů půdní bakterie Clostridium stercorarium a střevního symbionta Bacteroides ovatus, které nesou informaci o enzymech trávících celulózu. Geneticky modifikované E. coli pak tyhle enzymy vylučují do svého okolí a rozkládají s nimi celulózu na jednoduché cukry, které nakonec přemění na bionaftu. Keasling a spol. si E. coli nevybrali jen tak náhodou. Je neuvěřitelně podrobně prozkoumaná a zároveň je obdivuhodně odolná. Velmi ochotně snáší rozsáhlé genetické úpravy. Na rozdíl od mnohých mikroorganismů přežije v benzínu i v rozpouštědlech.

Zvětšit obrázek
Sklizeň ozdobnice. Kredit: DiscoverSolarEnergy

 

Bakteriální bioreaktory zatím umí zručně vyrobit uhlovodíky se 12 a více uhlíky v molekule s menším počtem rozvětvení. Není pro ně problém udělat bionaftu nebo třeba kerosin – oblíbené palivo tryskáčů a raket. Tvrdým oříškem pro ně ovšem zůstávají uhlovodíky s krátkými a více větvenými molekulami, jako je třeba benzín. Keasling sebevědomě prohlašuje, že se benzín dá udělat jinak a že právě dělají na technologiích, které by výrobu benzínu měly umožnit.

 

Zvětšit obrázek
Bacteriodes fragilis, příbuzná B. ovatus. Kredit: Tashiror/ MicrobeWiki

 

Vývoj bioreaktoru založeného na E. coli ještě není ani zdaleka u konce. Vystrašené strážce čistoty přírody bude nejspíš potřeba uklidnit zmrzačením geneticky upravených bakterií, aby nebyly schopné se množit ve volné přírodě, i když je to podle všeho dost zbytečné. Bakterie si už miliardy let mění geny jako vášniví sběratelé a veškeré naše genetické snažení jim nesahá ani po paty. Pro životaschopné komerční využití bakteriálních bioreaktorů bude také nutné zvýšit výtěžnost přeměny cukru na bionaftu, která teď u geneticky upravené E. coli činí pouhých 10 procent. Keasling by se chtěl dostat na 80 až 90 procent.


Spojené státy spálí ročně zhruba 530 miliard litrů benzínu ročně, kdežto bionafty zatím jen 7,5 miliardy litrů. Keasling před časem odhadl, že by veškeré potřeby dopravy v USA pokrylo 40,5 miliónu hektarů polí s mohutnou trávou ozdobnicí – křížencem Miscanthus x giganteus, když by sklízené třímetrové trávy sežvýkávaly geneticky modifikované bakterie – právě jako nová E. coli. Uvedená plocha představuje zhruba jednu čtvrtinu půdy, na které se dnes v USA pěstují zemědělské plodiny. To je samozřejmě nadsázka. Asi by nebylo rozumné orientovat veškerou výrobu paliva zrovna na bakteriální bioreaktory. Je ale možné, že geneticky vylepšené E. coli budou za pár let hrát v pohonných hmotách nezanedbatelnou roli.

 

Zdroje:  Scientific American 27. 1. 2010, Nature 463: 559-562

Datum: 03.02.2010 12:06
Tisk článku

Evoluce3 - Toman Jan
 
 
cena původní: 350 Kč
cena: 308 Kč
Evoluce3
Toman Jan

Diskuze:

Ekonomické využití biomasy.

Ladislav Písařík,2010-02-10 14:31:04

Problém tkví v tom, že je třeba shromáždit velké množství na místě zpracování a vyrobenou bionaftu transportovat na místo využití a také zpracovat odpad.
To vše stojí nějakou energii, kterou je nutno odečíst od získané. Pak teprve porovnávat.
Moje babička si dovezla kravským potahem z lesa větve a vrchy pokácených stromů, posekala a svázala do otýpek a tím pak topila. Popel vysypala na políčko jako hnojivo. To byl příklad komplexního využití bioodpadu. Pouze ten čas, který tomoto opatření paliva věnovala.

Odpovědět

VYPADÁ TO KRÁSNĚ, ALE

Jaroslav Mácha,2010-02-08 10:07:19

účinnost fotosyntézy je v nejlepším případě 5%. Takže žádné univerzální řešení, bilance na zatím s nejmenšími ztrátami probíhající výrobu lihu z cukrovky nebo obilí ukazují, že na naši spotřebu nafty a benzinu výměra půdy nestačí. I kdyby výroba fungovala s 90% účinností, hodí se jen pro doplňkové využití odpadů jako sláma.

Odpovědět


Jakub Šenkýř,2010-02-10 14:04:24

Pořád je to lepší využití polí než je zastavět fotovoltaickými články. Zejména u nás v Evropě, která si vlastní zemědělce vydržuje jen ze strategických důvodů a ekonomicky na nich prodělává.

Dokud nebudou technologicky přístupná nová podmořská ložiska nebo se neukáže biologický (a tedy z principu omezený) původ ropy jako chybný, myslím že můžeme být vděční za každý doplňkový zdroj.

Odpovědět

Velký pokrok

Jan Taurus,2010-02-04 14:47:49

Proboha NE. Již před 4 roky tady na Oslovi psali o výrobě vodíku z řas za pomoci slunečného svitu - bez dalších látek http://www.osel.cz/index.php?obsah=6&clanek=1725 Zajímalo by mně ve kterém šuflíku ropné společnosti skončil tento projekt. Nyní - po těch 4 letech již k tomu potřebujeme spoustu dřeva.

Odpovědět


Re: Velký pokrok

Tomáš Hluska,2010-02-04 17:37:42

On je celkem rozdíl produkovat vodík nebo benzín (či naftu) ;) Zatímco pro masové využití vodíku byste musel vybudovat celou infrastrukturu (a v podstatě i motory), na BIOnaftu/benzín nic takového nepotřebujete ;)
A ono 4 roky taky není tolik, to ještě neznamená, že to hned krachlo, jen ten vývoj potřebuje holt víc času.

Odpovědět


Velký pokrok

Jan Taurus,2010-02-05 06:06:52

Před 4 roky to tady psali. Postup byl vyvinut v 4/1998, takže to už bude 12 roků.
Auta na vodík existují (např. Honda FCX Clarity, Riversimple) a další mají vyvinuté technologie, pouze o to není takový zájem, tak nevyrábí. Čerpací stanice taky existují (např. v Norsku) ale masovému rozšíření brání v současnosti vysoká cena H2.

Odpovědět

biopaliva

Stanislav Jirovec,2010-02-03 16:35:00

Nejsem si jist, co pan Hluska myslí pod pojmem biopalovo, bionafta. Současná biopaliva jsou neštěstí ekologie, spotřebovávají cenné obilniny na líh do benzinu nebo zpracovávají řepkový olej na methylester jako bionaftu.
Geneticky změněné bakterie nabízí výrobu biopaliv z bioodpadu, tedy třeba z celulozy. A to je podstatný rozdíl. Nemusí to být přímá konkurence výroby potravin, což zpracování obilí nebo řepky je.

Odpovědět

mimochodem

Tomáš Hluska,2010-02-03 12:55:25

v čem se vlastně tento postup liší od dosud publikovaných? Však se už zkoušly i bakterie na výrobu BIOnafty, ne?

Odpovědět

hlavní je

Tomáš Hluska,2010-02-03 12:50:42

nacpat do článku co nejvíce předpon "bio", že? Pak to jde pěkně na odbyt. Na 9 odstavců (včetně nadpisu a úvodu) celých 23 předpon bio, to by se ekologistům a politikům líbilo ;)

Odpovědět


Nevyčítal bych oslu, že je bio

Marek Šimon,2010-02-04 00:25:11

Narozdíl od ostatních serverů je Osel jeden z mála serverů, kde se nebojí jít proti všem zeleným kecům o globálním oteplování, GMO a podobně. Že biopaliva jsou prokletím moderní doby, že při jejich pálení se ničí motory a produkují se aldehydy, že zabírají místo potravinovým plodinám. Nicméně, z pohledu dlouhodobé budoucnosti si myslím, že budoucnost paliv spočívá právě v tomto: za 200 let ropa dojde, zvýší se podíl k využívání elektřiny v autech, zvýší se využívání vlaků pro střední dlouhé trasy. To ostatní (letecké palivo, uhlovodíky pro chemickou výrobu) se nahradí tím, že vědci vytvoří rychle rostoucí geneticky modifikované rostliny, které pak bude možné jen drtit, lisovat a možná prohánět nějakým tím bakteriálním reaktorem. Pokud se lidstvo nezlikviduje nějakým malérem, což je klidně možné.

Odpovědět




Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni




Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace