Bygga en bugg för att skörda olja

Mikrober som vistas i oljefält och kolbäddar kan inspirera till nya metoder för att utvinna fossila bränslen från jordens djup. Det är förhoppningen Ari Patrinos , en genomikpionjär som hjälpte till att driva Human Genome Project och är nu president för Syntetisk genomik , en Maryland-baserad bioteknikstartup grundad av J. Craig Venter. Synthetic Genomics mål är att använda genomik för att utveckla ny energiteknik. Som en del av ett nytt partnerskap med oljejätten BP kommer Synthetic Genomics att studera mikrober som naturligt matar ut kolväten för ledtrådar till biologiska sätt att utvinna och bearbeta olja och kol.

Mikrobiell förespråkare: Ari Patrinos, VD för Synthetic Genomics, är en pionjär när det gäller att tillämpa mikrobiell genomik på energiproblem. Han säger att mikrober som livnär sig på kolväten kan ge ledtrådar till biologiska sätt att utvinna och bearbeta olja och kol.

Efter flera decennier vid Department of Energy (DOE) är Patrinos en stark förespråkare för att använda biotekniska lösningar på världens energiproblem. Han hjälpte till att grunda DOE:s Joint Genome Institute och skapade myndighetens Genomes to Life-program, som bland annat utvecklar energirelaterade applikationer för mikrober. Patrinos lockades bort från DOE av Venter förra året. Han pratar med Teknikgranskning om Synthetic Genomics planer och framtiden för biobränslen.

Teknikgranskning : Varför se till mikrober som källor till alternativ energi?

Ari Patrinos : Mikrober är virtuoserna i den levande världen. De har funnits i ungefär fyra miljarder år, en tredjedel av tiden som planeten har funnits, och de har utvecklat en enorm variation och mångfald. Vi har mycket att lära av dem när vi står inför den globala uppvärmningen och försöker lära oss att använda våra resurser mer effektivt.

BARN : Hur hjälper genomik oss att dra nytta av mikrobers olika funktionella repertoar?

AP : Som ett resultat av genomik har vi upptäckt att det finns mikrober överallt som lever vid alla temperaturer och tryck. De kan överleva vid 100 gånger atmosfärstrycket och vid temperaturer nästan 100 grader Celsius. Människor har identifierat mikrober som tål enorma mängder strålning. Mikrober spelar en avgörande roll i kolets kretslopp och tar upp koldioxid i havet. Mer än 50 procent av den levande biomassan på denna planet är mikrobiell till sin natur. Det är därför vi borde leta efter mikrober för att lösa några av våra problem. De har blivit extremt effektiva i livets processer. Vi måste förstå dem och sedan efterlikna dem för några av dessa applikationer.

BARN : Synthetic Genomics bildade nyligen ett partnerskap med BP. Vad är tyngdpunkten i den affären?

AP : Vi har enorma reserver av tungoljor på den här kontinenten, men deras utvinning är svår. Det kräver energi och vatten, och producerar mycket koldioxid. Det kan finnas sätt att använda mikrobiella samhällen för att förbättra kvaliteten på oljan medan den fortfarande är i underytan. Så vi ska titta på mikrober som lever i kolbäddar eller oljefält och oljesand.

BARN : Hur kommer det att hjälpa bränsleproduktionen?

AP : Tanken på oljefält som en reservoar du kan utnyttja är naiv. Olja finns som en matris i olika lager. När man producerar oljor från brunnar lämnar man så mycket som 50 procent bakom sig. För så många som 30 till 40 år sedan övervägde människor mikrobiellt förbättrad oljeutvinning – sätt de kunde manipulera mikrober för att förbättra oljeutvinningen från brunnar. Men deras förmåga att upptäcka och studera dessa mikrober var försämrad på grund av primitiva mikrobiologiska verktyg. Detta gjorde det aldrig till kommersiell praxis, så vitt jag vet.

Vi har betydligt mer exakta och kraftfulla verktyg än våra kollegor då, och vi misstänker att antalet och mångfalden av mikrober vi upptäcker kommer att vara mycket högre än vad som var tänkt då.

BARN : Vad ska du göra med mikroberna när de väl upptäcks?

AP : Vi kanske kan använda dem för att ändra kolvätenas densitet, bryta upp dem så att de blir mindre och göra oljan lättare att flytta. Eller mikrober kan förändra oljans ytvidhäftningsegenskaper genom att modifiera kolvätemolekylerna.

För kolbäddar, snarare än att utvinna kolet och bränna det, som producerar mycket koldioxid, kanske det finns ett sätt att omvandla det till metan. [Förbränning] av metan producerar koldioxid men också väte, som är ett mycket rent och mer klimatvänligt bränsle. Så småningom kanske vi kan kombinera produktion av metan med kolbindning, så nettoutsläppet till atmosfären skulle vara noll.

Det har funnits en lång historia av att förbättra kvaliteten på olja med hjälp av kemi. Men det mesta av vad kemi kan göra kan bli ännu bättre med biologiska medel som är mycket billigare och mer ekologiskt vänliga. Det betyder inte att kemin kommer att överges. Men jag tror att denna revolution inom biologi har avslöjat att biokemiska vägar i slutändan kommer att vara de mest produktiva och kan utföra uppgiften på ett mer miljövänligt sätt. Biokemiska reaktioner kan utföras vid lägre temperaturer och tryck och kan i slutändan ha färre giftiga biprodukter.

BARN : Så letar Synthetic Genomics också efter mikrober som kan binda koldioxid?

AP : Vi planerar att göra det, även om jag inte kan tala med vår exakta hand.

BARN : Innan du började på Synthetic Genomics arbetade du på DOE i mer än 30 år. Har institutionens syn på bioteknikens syn på energifrågor förändrats under åren?

AP : I DOE var intresset för biobränslen begränsat och uppfattades som en nischapplikation. Det låg mer tonvikt på fysik med avseende på energi. Men jag drev väldigt hårt för vikten av biobränslen. I början var jag inte framgångsrik eftersom olja är väldigt billig. Men jag fick äntligen jackpotten för några år sedan. I ett par State of the Union-tal började president Bush, en olje- och gasman, prata om vårt oljeberoende och vikten av biobränslen. När jag hörde det visste jag att jag äntligen var framgångsrik.

BARN : Alternativ energi är ett hett ämne just nu och lockar massor av intresse – och pengar – från myndigheter och investerare. Men kommer denna finansiering att blekna när gaspriserna sjunker, vilket har hänt tidigare?

AP : Det kan alltid hända, men jag tror att det verkar mindre troligt att det händer nu än på nittio- och sjuttiotalet. Även om oljepriset var mycket lägre, tror jag att det finns ett allmänt erkännande i allmänheten och i politikvärlden att det ankommer på oss att vara mer oberoende med avseende på flytande bränsle: vi måste fortfarande importera 60 procent av den olja vi konsumera. Det har blivit en nationell säkerhetsfråga, i motsats till något ekonomiskt. Många länder som producerar olja är länder som inte gillar oss särskilt mycket. Känslor kan förändras i alla möjliga riktningar, så att minska beroendet av importerat bränsle är mycket viktigt.

Jag tror också att fler och fler av världen inser att globala klimatförändringar är ett allvarligt hot. Vipppunkterna i klimatsystemet är inte längre hypotetiska. Vi borde börja sammanställa en försäkring mot klimatförändringar, men det kommer inte att vara möjligt förrän vi förlitar oss mer på renare bränslen.

Dölj