W czym tkwi problem?

Jednym z kluczowych elementów koniecznych do udanej komercjalizacji biopaliw jest rozwój konkurencyjnych cenowo sposobów wyodrębnienia cukrów mogących posłużyć do fermentacji z biomasy lignocelulozowej. Wykorzystanie w tym celu enzymów pochodzących z ekstremofilnych organizmów, które zachowują wysoką aktywność w wysokich temperaturach czy zasadowym środowisku. Jednak znalezienie najskuteczniejszych mikroorganizmów okazało się wyzwaniem. Z tym właśnie problemem zmierzyli się Amerykanie.

Badaniami mającymi na celu przetworzenie prosa rózgowego na użyteczne biopaliwa zajmują się naukowcy z Joint BioEnergy Institute współpracującego z Deparatmentem Energii Stanów Zjednoczonych.

Czemu akurat proso rózgowe?

Ten gatunek trawy pochodzący z Ameryki Północnej już od lat wykorzystuje się przy produkcji bioetanolu. Proso rózgowe może rosnąć w trudnych warunkach klimatycznych, nie wymaga ani obfitego nawożenia, ani stosowania dużych ilości środków ochrony roślin. Dodatkowo dostarcza dużych ilości biomasy – pomiędzy 15 a 25 tonami z hektara. To więcej niż kukurydza czy trzcina cukrowa.

Potencjalnie biomasa zebrana z jednego hektara upraw prosa rózgowego pozwala na wyprodukowanie 9500 litrów etanolu. Dla porównania, ta wartość dla upraw trzciny cukrowej wynosi 6200 litrów, natomiast dla kukurydzy (będącej wiodącym surowcem służącym do produkcji biopaliw) 3800 litrów. Problemem jest bilans ekonomiczny procesu – okazuje się że wyprodukowanie cukrów nadających się do fermentacji z prosa rózgowego jest zbyt kosztowne. Czy wyniki badań naukowców z Joint BioEnergy Institute zmienią ten stan rzeczy? Wiele na to wskazuje.

Nowa technologia

Wykorzystanie konsorcjum termofilnych bakterii pochodzących z kompostu, które zaadaptowały się do życia na powierzchni prosa rózgowego, w połączeniu z technikami metagenomiki i metaproteomiki zaowocowało zidentyfikowaniem indywidualnych gatunków mikroorganizmów, których enzymy najskuteczniej rozkładają biomasę prosa. To pierwszy przypadek, kiedy funkcje poszczególnych populacji mikroorganizmów wchodzących w skład konsorcjum udało się połączyć z konkretnymi aktywnościami enzymatycznymi – w tym przypadku celulaz i hemicelulaz. Ponieważ właśnie te aktywności są niezwykle istotne dla całego przemysłu produkcji biopaliw, odkrycie jest jednym z pierwszych wynikających z połączenia metagenomiki i metaproteomiki, które ma tak szeroki potencjał aplikacyjny.

Proso rózgowe poddane obróbce wstępnej polegającej na podgrzaniu do 80°C poddano działaniu starannie wyselekcjonowanego konsorcjum mikroorganizmów. Wyniki doświadczenia wykazały, że to konsorcjum jest doskonałym źródłem enzymów do produkcji mieszanin enzymatycznych dostosowanych do wykorzystania w biorafineriach.

Osiągnięcie Amerykanów wspaniale obrazuje jak współpraca wielu laboratoriów i instytucji może przynieść pozytywne efekty. Jeśli uda się z powodzeniem wdrożyć nową technologię, będzie to ogromny krok naprzód w świecie produkcji biopaliw. Produkcja etanolu na cele energetyczne z kukurydzy, czy trzciny cukrowej wzbudzała kontrowersje, między innymi dlatego, że są to rośliny, które mogłyby zamiast tego posłużyć do produkcji żywności. Proso rózgowe jest co prawda czasami wykorzystywane jako pasza dla zwierząt, nie jest jednak pokarmem dla ludzi. Jest więc nie tylko lepszym surowcem ze względu na wydajność produkcji z hektara, ale również z punktu widzenia etyki.