211service.com
En bättre biobränslebugg
En liten mikrob som hittats i Chesapeake Bay är i fokus för intensiva studier för en bioteknikstart i College Park, MD. Zymetis har genetiskt modifierat en sällsynt, cellulosaätande bakterie för att bryta ner och omvandla cellulosa till sockerarter som är nödvändiga för att göra etanol, och den avslutade nyligen sitt första försök i kommersiell skala. Tidigare i år körde företaget den modifierade mikroben genom en serie tester i stora fermentorer och fann att den kunde omvandla ett ton cellulosahaltig växtfiber till socker på 72 timmar. Försöket, säger forskare, illustrerar organismens potential att hjälpa till att producera etanol billigt och effektivt i industriell skala. Zymetis tar nu in den första omgången av riskkapital för att föra tekniken till kommersiella tillämpningar.
Cellulosaätande mikrob: Steve Hutcheson, president och CTO för Zymetis, visar en odling av bakterien S. degradans , som finns i Chesapeake Bay för mer än 20 år sedan.
Scott Laughlin, VD för Zymetis, säger att företagets forskare under de senaste två åren har arbetat med att omarbeta och pumpa upp den lilla organismen. Mikrobens främsta fördel är dess förmåga att naturligt kombinera två viktiga steg i etanolprocessen, vilket företaget säger avsevärt kan minska de höga kostnaderna för att producera etanol från cellulosabaserad biomassa som switchgrass, flis och pappersmassa. Företaget driver organismen genom en serie försök för att studera hur systemet kan tillämpas i industriell skala.
Etanolproduktion från cellulosakällor är en dyr process i flera steg. Cellulosaråvaran förbehandlas först med värme och kemikalier för att bryta ner materialets tuffa cellväggar. Dyra tillverkade enzymer tillsätts sedan till mixen för att omvandla renad cellulosa till glukos, som sedan behandlas med jäst som förvandlar sockerarterna till etanol. Som ett resultat utvecklar forskare och flera nystartade företag förbättrade mikrober som kan utföra flera av dessa steg, vilket gör de resulterande biobränslena mer konkurrenskraftiga med fossila bränslen.
Mot det målet säger Laughlin att företaget har utvecklat ett etanolproducerande system som kretsar kring en mikrob som snabbt och effektivt kombinerar de två första stegen i den konventionella etanolprocessen. Det har förmågan att bryta ner hela växtmaterial, och det utsöndrar enzymer som bryter ner cellulosa, [vilket fungerar] mycket bra i lösning, säger Laughlin.
Mikroben som företaget satsar på är Saccharophagus degradans , en bakterie som finns i myrarna i Chesapeake Bay som äter bort dött växtmaterial och fast avfall och bryter ner dem till glukos. År 2003, Steve Hutcheson , professor i cellbiologi och molekylär genetik vid University of Maryland, kammade igenom organismens genom och upptäckte att den hade en kombination av enzymer som bröt ner de hårda cellväggarna i döda växter och omvandlade återstående cellulosa till sockerarter – två värdefulla egenskaper i producerar cellulosaetanol. 2006 grundade Hutcheson Zymetis för att pumpa upp mikrobens prestanda till kommersiell skala.
Sedan dess har företaget arbetat med stammar av S. degradans , identifiera uppsättningar av enzymer som ansvarar för att bryta ner en mängd olika material, från tidningar till döda växter till fast avfall. Hutcheson och hans kollegor slog på vissa gener för att öka aktiviteten hos dessa enzymer och stängde av andra gener som kontrollerade mikrobens hämmande beteende, till exempel de som säger åt den att sluta äta. Som ett resultat pumpar den genetiskt modifierade organismen ut betydligt fler enzymer än vad den normalt skulle göra.
Laughlin och hans kollegor körde nyligen organismen genom ett försök och fann att organismen tuggade genom ett ton cellulosahaltig växtfiber och omvandlade massan till socker inom 72 timmar - en process som normalt tar år i naturen. Just nu arbetar vi på en tidsskala från 24 till 72 timmar, säger Laughlin. Det är mer en ekonomisk fråga att göra det snabbare, men till vilket pris? Så vi arbetar på en hel mängd protokoll för bearbetning över olika tidsskalor för att räkna ut en optimal körning.
Företaget kopplar ihop mikroben med en jäststam som omvandlar socker till etanol när mikroben bryter ner cellulosa. Zymetis mål är att utveckla tillverkningsenheter som kan producera cirka 10 miljoner liter etanol om året – en relativt blygsam produktion. Men Laughlin säger att att tänka mindre kan leda till mer effektiv, lokal produktion av etanol, och han tänker sig att samarbeta med pappersbruk och anläggningar för fast avfall för att producera etanol på plats.
Om du tittar på en majs-etanolfabrik är det den här stora gigantiska fabriken, säger Laughlin. Vi föredrar att lokalisera mindre effektiva anläggningar på ett distribuerat sätt på de platser där denna avfallsfiber är tillgänglig, och på så sätt plockar vi upp mycket effektivitet och kan komma ut på marknaden snabbare och behöver inte odla fiber . Laughlin säger att företaget siktar på att inrätta en pilotanläggning för samlokalisering med en ej avslöjad partner i mitten av 2010.
Qteros , ett bioteknikföretag beläget i Marlborough, MA, använder liknande metoder för att skala upp cellulosa-etanolproduktion. Forskare där konstruerar en mikrob som kombinerar de två sista stegen av etanolproduktion: omvandla cellulosa till socker och förvandla socker till etanol. William Frey, VD för Qteros, säger att Zymetis tillvägagångssätt ligger bakom en stor utmaning för att göra cellulosaetanol överkomligt.
En stor del av kostnaden är förknippad med förbehandling och även med enzymhydrolys, säger Frey. Branschen letar efter teknologier som är ekonomiska och skalbara, och mikrobiella lösningar har förmågan att minska antalet steg och kostnader, och det är en stor bit.