REKLÁM

Költséghatékony módszer a növények megújuló energiaforrássá alakítására

A tudósok egy új technológiát mutattak be, amelyben a biológiailag módosított baktériumok költséghatékony vegyszereket/polimereket tudnak előállítani megújuló növényi forrásokból.

A lignin is a material which is a constituent of cell wall of all dry land plants. It is the second most abundant natural polymer after cellulose. This material is the only polymer found in plants which is not composed of carbohydrate (sugar) monomers. Lignocellulose biopolymers provide shape, stability, strength and rigidity to plants. Lignocellulose biopolymers consist of three main components: cellulose and hemicellulose form a framework in which lignin is incorporated as a kind of connector thus solidifying the cell wall. Cell wall lignification makes plants resistant to wind and pests and helps them from rotting. Lignin is a vast but very underutilized renewable resource of energy. Lignin which represents up to 30 percent of the lignocellulose biomass is an unexploited treasure – at least from a chemical point of view. The chemical industry depends mostly on carbon compounds for creating different products like paint, artificial fibres, fertilizers and most importantly plastic. This industry does use some renewable resources like vegetable oil, starch, cellulose etc but this comprises only 13 percent of all compounds.

Lignin, ígéretes alternatívája a kőolajnak a termékek előállításához

Valójában a lignin az egyetlen megújuló forrás a Földön, amely nagyszámú aromás vegyületet tartalmaz. Ez azért fontos, mert az aromás vegyületeket általában a nem megújuló kőolajból vonják ki, majd műanyagok, festékek stb. előállítására használják fel. Így a lignin potenciálja nagyon magas. A kőolajjal összehasonlítva, amely nem megújuló fosszilis tüzelőanyag, a lignocellulózt fából, szalmából vagy Miscanthusból nyerik, amelyek megújuló források. A lignin szántóföldeken és erdőkben termeszthető, és általában semleges az éghajlattal szemben. A lignocellulózt az elmúlt évtizedekben a kőolaj komoly alternatívájának tekintik. Jelenleg a kőolaj hajtja a vegyipart. A kőolaj számos alapvető vegyi anyag nyersanyaga, amelyeket aztán hasznos termékek előállítására használnak fel. De a kőolaj nem megújuló forrás, és egyre fogy, ezért a megújuló források megtalálására kell összpontosítani. Ez a lignint hozza be a képbe, amely nagyon ígéretes alternatívának tűnik.

A lignin tele van nagy energiával, de ennek az energia visszanyerése bonyolult és költséges folyamat, így még a keletkező bioüzemanyag is általában nagyon költséges, és nem tudja gazdaságosan helyettesíteni a jelenleg használt „szállítási energiát”. Számos megközelítést kutattak a lignin lebontásának és értékes vegyi anyagokká történő átalakításának költséghatékony módszereinek kifejlesztésére. Számos korlátozás azonban korlátozza az érintéses növényi anyagok, például a lignin átalakítását alternatív energiaforrásként való felhasználásra, vagy akár költséghatékonyabbá tételére is. Egy közelmúltban végzett tanulmány sikeresen módosította a baktériumokat (E. Coli), hogy hatékony és produktív biokonverziós sejtgyárként működjenek. Baktériumok nagyon gyorsan nőnek és többszörösek, és képesek ellenállni a kemény ipari folyamatoknak. Ezt az információt kombinálták a természetesen elérhető ligninbontó anyagok ismeretével. A mű megjelent a Proceedings of the National Academy of Science USA.

A Dr. Seema Singh által vezetett kutatócsoport a Sandia National Laboratories-ban három fő problémát oldott meg, amelyek a lignin platform vegyi anyagokká alakítása során merültek fel. Az első nagy akadály az, hogy az E.Coli baktériumok általában nem termelik az átalakuláshoz szükséges enzimeket. A tudósok az enzimek előállításának ezt a problémáját úgy oldják meg, hogy „induktort” adnak a fermentációs gyűrűhöz. Ezek az induktorok hatékonyak, de nagyon drágák, ezért nem illeszkednek jól a biofinomítók koncepciójába. A kutatók egy olyan koncepciót próbáltak ki, amelyben ligninből származó vegyületet, például vaníliát használtak szubsztrátként, valamint indukálószerként az E. Coli baktérium megtervezésével. Ez megkerülné a drága induktor szükségességét. Bár, mint a csoport felfedezte, a vanília nem volt jó választás, különösen azért, mert a lignin lebomlása után a vanília nagy mennyiségben termelődik, és elkezdi gátolni az E. Coli működését, azaz a vanília mérgező hatást okoz. De ez a javukra vált, amikor megalkották a baktériumokat. Az új forgatókönyv szerint az E. Colira mérgező vegyszert használják a „lignin-valorizáció” összetett folyamatának elindítására. Amint vanília van jelen, aktiválja az enzimeket, és a baktériumok elkezdik a vanillint katekollá alakítani, ami a kívánt vegyi anyag. Ezenkívül a vanillin mennyisége soha nem éri el a toxikus szintet, mivel a jelenlegi rendszerben automatikusan szabályozódik. A harmadik és egyben utolsó probléma a hatékonysággal volt. A konverziós rendszer lassú és passzív volt, így a kutatók más baktériumok hatékonyabb transzportereit vizsgálták, és E. Coli-ba alakították át, amely aztán gyorsan követte a folyamatot. A toxicitási és hatékonysági problémák ilyen innovatív megoldásokkal való leküzdése hozzájárulhat ahhoz, hogy a bioüzemanyag-előállítás gazdaságosabb folyamat legyen. A külső induktor eltávolítása és az önszabályozás beépítése tovább optimalizálhatja a bioüzemanyag-előállítási folyamatot.

Közismert, hogy a lignin lebontása után képes értékes vegyi anyagokat biztosítani, vagy inkább „ajándékozni” a platformon, amelyeket aztán nejlonná, műanyaggá, gyógyszerré és más fontos termékekké lehet alakítani, amelyek jelenleg kőolajból származnak. -megújuló energiaforrás. Ez a tanulmány fontos lépést jelent a bioüzemanyag és biotermelés költséghatékony megoldásainak kutatása és fejlesztése felé. Biomérnöki technológiával nagyobb mennyiségben tudunk platformkemikáliát és számos más új végterméket előállítani, nemcsak bakteriális E.Colival, hanem más mikrobiális gazdaszervezetekkel is. A szerzők jövőbeni kutatása e termékek gazdaságos előállításának bemutatására irányul. Ez a kutatás óriási hatással van az energiatermelési folyamatokra és a zöld termékek lehetőségeinek bővülésére. A szerzők megjegyzik, hogy a közeljövőben a lignocellulóznak mindenképpen ki kell egészítenie a kőolajat, ha nem helyettesítenie kell.

***

{Az eredeti kutatási cikket a hivatkozott forrás(ok) listájában lent található DOI linkre kattintva olvashatja el}

Forrás (ok)

Wu W et al. 2018. Az E. coli kifejlesztése felé a lignin-valorizációs autoregulációs rendszerrel. Proceedings of the National Academy of Sciences. 115. (12) bekezdése alapján. https://doi.org/10.1073/pnas.1720129115

SCIEU csapat
SCIEU csapathttps://www.ScientificEuropean.co.uk
Scientific European® | SCIEU.com | Jelentős előrelépések a tudományban. Hatás az emberiségre. Inspiráló elmék.

Iratkozzon fel hírlevelünkre

A legfrissebb hírekkel, ajánlatokkal és külön értesítésekkel kell frissíteni.

Legnépszerűbb cikkek

„Pánkoronavírus” vakcinák: az RNS-polimeráz vakcinacélpontként jelenik meg

COVID-19 fertőzéssel szembeni ellenállást figyeltek meg az egészségügyben...

Nanovezetékek használata biztonságosabb és erősebb akkumulátorok előállítására

Egy tanulmány olyan akkumulátorok készítésének módját fedezte fel, amelyek...

Talajalapú megoldás felé az éghajlatváltozáshoz 

Egy új tanulmány a biomolekulák és az agyag közötti kölcsönhatásokat vizsgálta...
- Reklám -
94,519VentilátorokMint
47,682KövetőKövesse
1,772KövetőKövesse
30ElőfizetőkFeliratkozás