Wielkie brązowe algi mogą dostarczać paliw rolniczych?

Aby zastąpić albo uzupełnić paliwa rolnicze pierwszej generacji, które w zbyt wielkim stopniu zagrażają uprawom roślin spożywczych oraz lasom, badacze stale prowadzą liczne badania. I tutaj znowu: algi brunatne zyskujące na wartości dzięki bakteriom zdolnym do syntezy bioetanolu. A uprawy miałyby miejsce w ... morzu.

Poszukiwanie nowych paliw

Aktualnie, przeprowadza się wiele badań, które mają skutkować opracowanie paliw syntezowanych z materii organicznych niekopalnych. Wiele technik produkcyjnych jest aktualnie w fazie prób. Techniki te posługują się przede wszystkim uprawami roślin oleistych (rzepak i słoneczniki), biogazami, a także różnymi postaciami alkoholi, produkowanymi między innymi z trzciny cukrowej i kukurydzy.

Ale uprawy roślin niezbędnych do produkcji biopaliw często są niekorzystne dla upraw rośli spożywczych, albo przyczyniają się do masowego wylesiania, jak to jest w przypadku plantacji palm olejowych. Badacze prowadzą więc wiele badań, aby pokonać tę przeszkodę.

Paliwa rolnicze, określane jako „drugie pokolenie”,  powinny pochodzić z innych źródeł, tym razem naprawdę trwałych i rozwojowych. Wszędzie na świecie, trwają badania, które eksplorują różne tropy. I tak, badacze przetestowali już liczne rośliny (na przykład, jatrofa, soliród), jak również bakterie, grzyby, odpady rolnicze, tłuszcz kaczki, whisky, a nawet już teraz kontrowersyjny olej palmowy.

Wielkie algi brunatne również leżą w kręgu zainteresowań badaczy. Na nieszczęście, produkują one polisacharydy złożone (cukry), a w tym alginian, z którego trawieniem wiele mikroorganizmów ma problem. A ten etap jest niezbędny, jeżeli chcemy w efekcie końcowym wyprodukować bioetanol.

Co więc można zrobić? Nad tą kwestią pochylił się właśnie Yasuo Yoshukuni z laboratorium bioarchitektury w Berkeley – BA-lab. W badaniu opublikowanym w naglądzie naukowym Science, możemy przeczytać szczegółowo te prace.

Wraz ze swoimi kolegami, Yasuo Yoshukuni postarał się odnaleźć sposób na pokonanie tej trudności i dzięki temu udało im się stworzyć w laboratorium bakterię Escherichia coli, która jest w stanie degradować wyżej wymieniony polisacharyd złożony, do postaci prostego cukru. Następnie, jest on przetwarzany w bioetanol.

Jedna jedyna bakteria potrafi zapewnić nam bioetanol?

Zastosowanie alg brunatnych wiąże się z wieloma zaletami: można je eksploatować stale i na wielką skalę. Ich produkcja nie wymaga słodkiej wody ani terenu pod uprawę. A w końcu, rosną one szybciej niż algi czerwone albo zielone. Na przykład, alga z gatunku Macrocystis pyrifera może rosnąć jeden metr na dzień.

Podstawowe pytanie jednak pozostaje: jak wykorzystać ich alginian? Badacze z BA-lab przestudiowali morską bakterię Vibrio splendidus, która jest zdolna do rozkładania niektórych polisacharydów złożonych. W ten sposób, udało im się zdientyfikować mechanizmy biochemiczne związane z tym procesem. Celem takiego zabiegu było wyizolowanie genów kodujących wymagane proteiny, a następnie wyizolowane geny zostały przeniesione do szczepu bakterii Escherichia coli.

Degradacja cukrów złożonych w cukry proste nie wiąże się bezpośrednio z produkcją bioetanolu. Dlatego badacze musieli dodać geny pozwalające na produkcję tej materii do tego samego szczepu bakteryjnego. Jeden i unikatowy organizm może więc zdegradować algi brunatne, aby stworzyć biopaliwo.

Z jednego kilograma suchych alg brunatnych, procedura pozwala na uzyskanie 281 gram etanolu. Raport ten odpowiada około 80% teoretycznego zwrotu maksimum z tego, co może być wyprodukowane z tej ilości cukrów, jaka mieści się w tych organizmach. Odkrycie to zostało uznane przez społeczność naukową, ale niektórzy specjaliści uważają, że nie rozwiązuje ono wszystkich problemów.

W rzeczywistości, ilość alg, które trzeba uprawiać, aby wyprodukować przemysłowe ilości paliw, jest duża i wiążą się z nią również liczne problemy logistyczne. Jak produkować, jak zbierać, jak transportować takie ilości alg? Jakby nie było, badacze z BA-lab chcą przetestować ten pomysł jeszcze w tym roku, w fabryce pilotażowej, która powstała w Ameryce Południowej, w Chile.