为什么细菌可能成为生物燃料的未来

Algae grown in a special water system is seen at Israeli biofuel firm, Univerve's demonstration site at Bar-Ilan University, near Tel Aviv December 15, 2013. Israel plans to cut oil use in transportation by 60 percent by 2025, an aggressive target by world standards, and will tap into its newfound natural gas deposits to make it happen. It is also investing heavily to help start-ups developing battery and biofuel technologies. Picture taken December 15, 2013. REUTERS/Nir Elias (ISRAEL - Tags: ENERGY ENVIRONMENT)
New production techniques have the potential to greatly increase biobutanol's viability as an alternative to traditional fossil fuels.Image: REUTERS/Nir Elias
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最新研究显示,蘑菇种植残渣中的一种细菌有助于以更环保、成本更低的方式生产生物燃料。

一组工程师近日发现,一种天然存在的细菌,Thermoanaerobacterium thermosaccharolyticum TG57,能够将纤维素(一种植物性材料)直接转化为生物丁醇。

“利用非粮食原料生产生物燃料,能够大幅提升可持续性并降低成本。”

Image: Statista

新加坡国立大学工程学院土木与环境工程系副教授何建中及其同事于2015年首次发现了新型TG57菌株。随后,他们对该菌株进行培养,以研究其特性。

“利用非粮食原料生产生物燃料,能够大幅提升可持续性并降低成本。在我们的研究中,我们展示了一种利用新型TG57菌株将纤维素直接转化为生物丁醇的新方法。这是代谢工程领域的一项重大突破,也是可持续、经济高效地生产可再生生物燃料和化学品的重要里程碑,”何建中解释道。

传统生物燃料由粮食作物制成。这种做法成本高,而且在土地、水、能源及其他环境资源的使用方面与粮食生产形成竞争。

许多科学家认为,利用未经加工的纤维素材料(如植物生物质),以及农业、园艺和有机废弃物生产生物燃料,可以满足不断增长的能源需求,同时不会增加燃烧化石燃料所产生的温室气体排放。这些纤维素材料储量丰富、环境友好,在经济上也具有可持续性。

在各种生物燃料中,生物丁醇因能量密度高、性能优越,有望成为汽油的良好替代品。它无需对汽车发动机进行任何改装,即可直接替代汽油。然而,由于缺少能够将纤维素生物质转化为生物燃料的高效微生物,生物丁醇的商业化生产一直受到阻碍。目前的技术成本高昂,还需要复杂的化学预处理。

这项新技术有望成为一种变革性技术,推动生物燃料以更低成本、更可持续的方式生产。

废弃蘑菇堆肥通常由麦秸和锯末组成,是蘑菇种植过程中产生的堆肥残余废弃物。为获得独特的TG57菌株,研究人员将这些微生物留在废弃物中,使其自然进化了两年多。

发酵过程简单,无需复杂的预处理,也无需对微生物进行基因改造。研究人员加入纤维素后,这种细菌只需将其消化,就能以丁醇为主要产物。

下一步,研究团队将继续优化TG57菌株的性能,并利用分子遗传工具对其进一步改造,以提高生物丁醇比例和产率。

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