Nová generace biopaliv

Z technologie GMO budou těžit automobilisté.

Escherichia coli – miláček molekulárních genetiků.

Z vyjádření komisaře Stavrose Dimase vyplývá, že Evropská komise si začíná uvědomovat, jaké problémy začíná přinášet protěžování biopaliv. Jde o sociální problémy a paradoxně i škody na životním prostředí, které jsou větší, než jaké si Unie byla ochotna dříve připustit.

Stavros Dimas, eurokomisař

Z přidávání etanolu do benzínu se neradují ani řidiči. Etanol totiž snižuje výkon motoru a zvyšuje spotřebu. Vzhledem k množství to není o mnoho, ale etanol má i další necudnou vlastnost – rád na sebe váže vodu čímž z neškodného obsahu nádrží činí tekutinu s korozivními účinky. Výroba etanolu nepatří zrovna k efektivním technologiím a prodražuje se nám všem. Pro pracovníky výzkumu to žádná novinka není a tak není divu, že delší dobu hledají výhodnější cesty, než jakou je nyní proklamované kvašení obilí na etanol.

V odborném tisku již proběhly informace o několika nových technologiích, které jsou již ve stádiu laboratorních pokusů, nebo ve fázi ověřovacích provozů. K těm zajímavým například patří katalytická přeměna surovin obsahujících škrob na alkany. Tuto metodu zkoušejí na technické fakultě Wisconsinské university v Madisonu, kde z obilí takto získávají palivo podobné naftě. Jde o technické řešení, kdy za pomoci tlaku, vysoké teploty a přídavku vodíku se v katalytickém reaktoru mění biomasa na alkany. Z energie uložené v obilí se dá údajně transformovat do paliva 90% původní energie. Tato metoda, ve srovnání s destilací etanolu, má řadu výhod. U etanolu padne na procesy spojené s fermentací a destilací přibližně 67 % v materiálu obsažené energie. Při získávání etanolu se počítá, že na každou vloženou jednotku energie získáme zpět 1,1 jednotky. Výhodou alkanů je, že jsou lehčí než voda a že ze směsi s vodou se oddělují samy. Není tedy potřeba roztok zahřívat a provádět energeticky náročnou destilaci. Na každou vloženou jednotku energie, se tak získá 2,2 jednotek. Způsob přeměny na alkany by měl být ve srovnání s výrobou etanolu dvakrát účinnější.

K jiné netradiční technologii lze řadit získávání etanolu z celulózy. Na její odzkoušení postavila kanadská společnost Iogen se sídlemv Ottavě, pokusný provoz. K produkci etanolu využívá tropickou plíseň, která je geneticky modifikovaná tak, aby produkovala enzym štěpící celulózu. Výhodou je, že tento spolupracovník může “trávit” všechny formy biomasy.

Nájemníkovi našich tlustých střev nedávno genetici pozměnili genom tak, že se z něho stal výrobce inzulinu podobného růstového faktoru. Geneticky modifikovaná Escherichia již pokrývá naprostou většinu celosvětové potřeby tohoto proteinu.

Z poněkud jiného soudku nových technologií je nedávno popsaná výroba vodíku za pomoci řas. Pokusy s řasou Chlamydomonas reinhardtii, které provedli na University of California at Berkeley, již vyústili k přihlášení patentu. Firma Melis Enery hodlá na jeho základě vyvinout technické zařízení, které vodík za pomoci zmíněné řasy již bude vyrábět komerčně.

Zvětšit obrázek

James C. Liao, profesor chemie a bioinženýrství na University of California, Los Angeles. Spoluautor horkénovinky - produkce isobutanolu.

Principem procesu je, že se řase střídavě servíruje energetický zdroj se sírou a bez síry. V době kdy má řasa deficit síry tvoří vodík. Konkrétně jde o to, že v řase probíhá takzvaná anaerobická "rezervní" fotosyntéza. Vodík je jejím vedlejším produktem. Běžná fotosyntéza H2O + CO2 + foton -> uhlovodan + O2 je potlačena. Zádrhelem je, že řasa dlouho na deficit síry jet nemůže a to celý proces technologicky značně komplikuje.

Technologii postavenou na produkci vodíku propaguje také Van der Lelie z Brookhaven National Laboratory Upton (NY). Tentokrát jde o získávání vodíku za pomoci fakultativně anaerobních bakterií. Nejdále jsou pokusy s baktérií jménem Thermatoga neapolitana. Její předností je, že při teplotě mezi 70 – 85 stupni Celsia dokáže z glukózy vyrobit množství vodíku, které je ekonomicky zajímavé. Dosud podobné pokusy s bakteriemi tvořícími vodík troskotaly na tom, že striktně vyžadovaly anaerobní prostředí. Zde zmíněná bakterie je první bakterií, která je ke kyslíku do jisté míry odolná. To dává praktické aplikovatelnosti této metody zcela nový impuls.

Horkou novinkou z oblasti biopaliv je příprava sloučenin s delším uhlíkatým řetězcem, než jaký má etanol. Výhodou takového produktu je že netvoří směs, která má korozivní vlastnosti. Největší předností je ale „uskladnění“ většího množství energie v jednotce objemu. Palivo obohacené tímto produktem nezpůsobuje pokles výkonu. Motor nepotřebuje žádnéúpravy ani když taková přísada začne tvořit velkou část klasického paliva. S tímto nápadem přichází nyní Američané. Vědcům na University of California se podařilo vytvořit geneticky modifikované baktérie, které takové biopalivo dokáží tvořit. Producentem nového biopaliva je přitom baktérie, která je „doma“ v tlustém střevě všech teplokrevních živočichů. Jde o naší dobře známou - Escherichia coli. Zatímco obyčejná Escherichia je ve vodě indikátorem fekálního znečištění, v laboratoři s ní vědci dokáží dělat divy. Zásahem do jejího genomu vzniknul producent sloučenin jako jsou isobutanol, 1-butanol, 2-methyl-1-butanol, 3-methyl-1-butanol a 2-phenylethanol.

Střevní baktérii nyní vědci donutili tvořit biopalivo.

V článcích populárních časopisů se o tomto úspěchu vědců píše v superlativech. Něco v tom smyslu, že jsme získali pomocníka, jež bude vyrábět biopalivo efektivně a že je kvalitnější, než je etanol. Především má jít o isobutanol.

Jak je nová metoda perspektivní?
Autoři odborné publikace uvedli, že baktérie produkují isobutanol efektivně. Právě to slovo „efektivně“ zavedlo mnohá periodika k přehnanému optimismu.

Isobutanol (2-metyl-propan-1-ol; nebotaké 2-metylpropyl alkohol) je lepším palivem, než jakým je etanol.

Baktérie sice přeměňují neobvyklé alkoholy efektivně, ale to slovo se vztahuje ke zdroji, kterým je v tomto případě glukóza. Hlavní zádrhel je někde jinde. A sice v odolnosti těchto nových baktérií. Konkrétně v jejich neschopnosti odolat vyšší koncentraci alkoholů. Isobutanol, který byly baktérie přinuceny tvořit, je totiž pro ně toxický. I v nízkých koncentracích. Stručně řečeno - i když baktérie umí přeměnit glukózu na isobutanol efektivně, brzo tuto efektivní přeměnu zastavují. To znamená, že na konci procesu je ve fermentoru jen nízká koncentrace žádoucího produktu. Pro praxi to je tedy téměř k ničemu.

Začít si myslet, že podstata objevu je také k ničemu, by ale bylo velkou chybou. Optimismus je zde zcela na místě. A to hned ze dvou důvodů. Když se vědcům podařilo předělat baktérie, které isobutanol nikdy nevyráběly a jehož tvorba je pro ně energetický nesmysl, to by bylo, aby se vědcům také nepodařilo vylepšit je tak, aby se staly tolerantní k vyšším koncentracím této látky v prostředí.
Ještě větší důvod k optimismu podle genetiků skýtá možnost aplikace této metody na další druhy mikrobů. Když se podařilo předělat na tvorbu vyšších alkoholů baktérii střevního traktu, která nikdy nic podobného v popisu práce neměla, mělo by být hračkou předělat metabolické dráhy u mikroorganismů, které alkoholy tvoří za přirozených podmínek. Tušíte správně, když se domníváte, že na řadu nyní přijdou kvasinky. Spekuluje se ale také o plísních. V jejich případě by k tvorbě isobutanolu nebyla potřeba glukóza. Plísně by se spokojily s celou řadou organických látek. Dokonce i těch, které jsou nyní obtížným odpadem.

Zdroje:
Proceedings of the National Academy of Sciences
New Scientist
University Of Wisconsin-Madison
University of California

Autor: Josef Pazdera

Datum: 17.01.2008 02:42

Tisk článku

Diskuze:

Biopaliva

Honza,2008-01-17 22:09:39

Ještě před dvěma sty lety se jezdilo téměř výhradně na biopaliva. Ať už měl člověk nejluxusnější model kůň (1HP) ,offroad vůl, multifunkční krávu nebo skromného osla, nepotřeboval na cestování nic víc než "trochu" bioodpadu.
Pak přišlo 200 let energetického mejdanu. Lidstvo se vzmohlo v mnoha oborech. Mohli jsme za tu dobu energetického blahobytu vyvinout "koně" s poloviční spotřebou trávy a s dvojnásobnou rychlostí, nosností a dojezdem. Ale neudělali jsme to. A v době, kdy se na energetikým mejdanu pomalu začíná zhasínat jezdíme dvoutunovejma plechovejma monstrama (fkobíku a fTDIčku voe :-) A uvažujeme, jak ty biozbytky s nějakou nenulovou účinností předělat na něco, co to naše monstrum spapká.

Umíme postavit postavit vozidlo s váhou jednoho koně a výkonem tisíce, ve kterém jde ve dvoustovce vyletět ze silnice a pilot stejně s velkou pravděpodobností přežije. Umíme dokonce postavit vozidlo se spotřebou pod 1 l na 1000 km. Ale stejně jezdíme radši dál za 6 na sto a po nás potopa.