Разработана новая технология производства биотоплива из растений при помощи бактерий

2014 год ознаменовался настоящим бумом технологий производства топлива из непродовольственных культур, сопровождавшимся открытием нескольких крупных заводов в США. Однако производство так называемого целлюлозного этанола всё ещё обходится дороже бензина. Поэтому усилия исследователей направлены на поиски путей сокращения расходов.

Учёные давно рассматривают биоэтанол как экологически чистую и восполняемую замену традиционным ископаемым видам топлива. Для его производства используют такие растения как маниока и сахарный тростник: их измельчают и добавляют ферменты для расщепления полученной массы. Дрожжевые микроорганизмы далее преобразуют растительные сахара в этиловый спирт, который в настоящее время обычно используется в смеси с бензином. Основные объёмы биотоплива получают из продовольственных культур, таких как кукуруза. Однако, повышенный спрос на эти культуры может стать причиной роста цен на продукты питания.

Количество углекислого газа, выброшенного в атмосферу в результате сгорания биоэтанола, меньше, чем для традиционных видов топлива. Однако фактические общие объёмы CO₂, выброшенные растениями, из которых его производят, могут значительно превышать этот уровень. Поэтому в последние годы исследователи сфокусировались на непродовольственных культурах, таких как деревья и бамбук. Они требуют меньше удобрений по сравнению с традиционными, а также наносят меньший ущерб почве. В идеале биотопливо должно производиться из несъедобных растений или их частей, например из ботвы, соломы и других отходов, оставшихся после сборки урожая.

Однако здесь есть некоторые сложности. Ферменты, необходимые для расщепления целлюлозы, являющейся основным структурным компонентом растений, и превращения её в простые сахара, довольно дороги. Чтобы расти и делиться, дрожжевым микроорганизмам нужен азот, поэтому учёные добавили в бродящую массу азотное удобрение, что повысило выход этанола.

Микробиологи из Университета Индианы начали своё исследование с мискантуса — высокого быстрорастущего травянистого растения, обитающего там, где продовольственные культуры не выживают. Только вместо того, чтобы применять дрожжи для сбраживания растительной массы, учёные использовали бактерию Zymomonas mobilis, которой для жизнедеятельности нужен высокий уровень азота, чего мискантус не может обеспечить. Ученые сравнили количества этанола, производимого бактериями с добавкой азотного удобрения и без него. В ходе этого эксперимента было установлено, что микроорганизмы обладают необычной способностью - они способны усваивать азот из атмосферы.

Однако пока еще неизвестно, насколько эффективной будет такая схема в реальных производственных условиях на крупном заводе по производству биотоплива. Сейчас необходимо провести дальнейшие исследования, оценить влияние на окружающую среду, затраты и экономические выгоды в промышленных масштабах, чтобы сравнить с уже существующими технологиями.