Ny opdagelse baner vej for industri-relevant produktion af køreklare biobrændstoffer
Et særligt lysafhængigt enzym, som først blev opdaget for cirka tre år siden, er omdrejningspunktet i en ny videnskabelig opdagelse, der muliggør en højtydende produktion af såkaldte ’drop-in’ biobrændstoffer fra biomasse.
I et studie, der nu er offentliggjort i Nature Communications, har ingeniører fra Aarhus Universitet og Massachusetts Institute of Technology (MIT) bevist, at den oprindelige antagelse om den enzymatiske proces i denne form for biomasse-til-biobrændstof-reaktion faktisk er forkert.
Med den nye viden har forskerne succesfuldt syntetiseret grønne biobrændstoffer i mængder på 1,47 gram per liter glukose, hvilket gør teknologien relevant for industriel produktion.
Den rette reaktant
Det lysafhængige enzym, der oprindeligt stammer fra mikroalger, har den særlige egenskab, at det med blåt lys som eneste energikilde kan dekarboxylere fedtsyrer til alkaner (og derved omdanne cellulosisk biomasse til grønne drop-in brændstoffer).
Ved at indsætte enzymet i cellerne på gærsvampen ’Yarrowia Lipolytica’ omdanner forskerne svampens metabolisme. Svampen syntetiserer glukose fra biomasse til lipider – specifikt til frie fedtsyrer og molekylet ’fatty acyl-CoA’ – som derefter omdannes til alkaner af enzymet i en metabolisk reaktion kaldet ’fedtsyre foto-dekarboxylase’, forkortet FAP.
Lige siden enzymet blev opdaget, har man antaget, at det er de frie fedtsyrer, som er enzymets foretrukne reaktant i FAP-processen, og at en overflod af frie fedtsyrer således ville resultere i højere udbytte i produktionen af biobrændstoffer.
Men det har nu vist sig at være forkert.
”I vores forsøg har vi bevist, at det er molekylerne fatty acyl-CoA – og ikke de frie fedtsyrer – som er den foretrukne reaktant for det lysafhængige enzym. Og vi har benyttet dette resultat med stor succes i vores undersøgelse til at omdanne 89 pct. af disse molekyler til alkaner, hvilket giver et udbytte på 1,47 g/l glukose,” siger Bekir Engin Eser, adjunkt ved Aarhus Universitet.
Biosyntese af brændstoffer
I dag fremstilles oleokemisk-baserede drop-in-brændstoffer (biobrændstoffer, som kan benyttes i samfundets allerede eksisterende infrastruktur) generelt ved at omdanne 'konventionelle' oleokemikalier, såsom vegetabilske olier, brugte madlavningsolier, talg og andre lipider, til kulbrinter (hovedsagelig alkaner) ved hjælp af en energi-intensiv kemisk behandling.
At indsamle alle disse mere eller mindre bæredygtige fedtstoffer til så lave omkostninger, at det i sidste ende resulterer i en rentabel produktion af biobrændstoffer, er imidlertid en stor udfordring, som kraftigt begrænser udbredelsen af denne type produktionsplatform. Og som i øvrigt konkurrerer med fødevareproduktion.
Biosyntese er derimod en billig og bæredygtig løsning, hvor produktionen er baseret på omdannelse af cellulosisk biomasse, som er den mest udbredte, bæredygtige, biologiske ressource, der findes på jorden.
Endnu højere udbytte i fremtiden
Biologisk syntese af alkaner fra fedtsyrer er dog ikke en naturlig og foretrukken metabolisk proces for gærsvampen, da alkaner er giftige for dens celler. Derfor bruger forskerne enzymer med specielle evner til netop dette formål og koder de rette gener ind i gærcellerne.
Den nye opdagelse er et muligt gennembrud i biosyntese af de såkaldte drop-in biobrændstoffer, da forskerne dermed - for første gang nogensinde i denne proces – har syntetiseret grønne brændstoffer på et niveau, der er relevant for fremtidig industriel produktion:
”Tidligere studier med udgangspunkt i denne proces har sigtet mod at maksimere koncentrationen af de frie fedtsyrer, der dannes i cellerne. Men nu, med denne opdagelse, ved vi, at det er mængden af molekylet fatty acyl-CoA, der skal maksimeres. Det er en vigtig opdagelse for anvendelsen af biologisk syntese, og vi kan nu begynde at maksimere processen yderligere, for at opnå endnu højere udbytte i fremtiden,” siger lektor Zheng Guo fra Aarhus Universitet.
Nøgleord
Kontakter
Lektor Zheng Guo
Mail: guo@eng.au.dk
Tlf.: +4587155528
Adjunkt Bekir Engin Eser
Mail: bekireser@eng.au.dk
Tlf.: +4552824813
Billeder
Links
Information om Aarhus Universitet Technical Sciences
Følg pressemeddelelser fra Aarhus Universitet Technical Sciences
Skriv dig op her, og modtag pressemeddelelser på e-mail. Indtast din e-mail, klik på abonner, og følg instruktionerne i den udsendte e-mail.
Flere pressemeddelelser fra Aarhus Universitet Technical Sciences
Digitale tvillinger skal gøre fremstillingsindustrien mere robust over for uforudsete begivenheder27.3.2024 09:15:13 CET | Pressemeddelelse
Force majeure, ufred, blokerede handelsruter, pandemier. Uforudsete nedbrud i den globale forsyningskæde som følge af pludselige hændelser gør fremstillingsindustrien sårbar. Det skal et nyt internationalt forskningsprojekt nu forsøge at tackle.
Danske spildevandsanlæg leder masser af medicinrester ud i naturen: Nu er løsningen der25.3.2024 06:30:00 CET | Pressemeddelelse
Forskere fra Aarhus Universitet har demonstreret, at det er muligt at fjerne mere end 95 procent af de aktive stoffer fra medicinresterne i spildevandet, inden det ledes ud i naturen. I dag fjerner vi kun omkring 20 procent.
Østgrønlændere har store mængder miljøgifte i kroppen: Får giften ind gennem maden19.3.2024 14:26:32 CET | Pressemeddelelse
Især de østgrønlændere, der spiser isbjørn, sæl og hval, har forhøjede niveauer af giftstoffer i blodet, viser ny forskning.
Hvad er værdien af arealbaserede naturindsatser?19.3.2024 12:55:58 CET | Pressemeddelelse
Dansk Naturindikator 2.0 skal give svaret i et nyt forskningsprojekt til gavn for lodsejere, virksomheder og kommuner.
Forskere slår alarm: Hvert år dør alt for mange marsvin i fiskernes garn7.3.2024 07:34:11 CET | Pressemeddelelse
For at holde den nuværende bestand af marsvin i de indre danske farvande stabil, må kun 24 marsvin dø i fiskernes net om året. Som det er nu, dør over 900 årligt.
I vores nyhedsrum kan du læse alle vores pressemeddelelser, tilgå materiale i form af billeder og dokumenter samt finde vores kontaktoplysninger.
Besøg vores nyhedsrum