211service.com
Från rester till energi
Inbäddat i jordbruksmarken kring University of Californias campus i Davis (UC Davis) finns en uppsättning gigantiska kar fyllda med hungriga mikrober. Buggarna slukar cafeterierester och gräsklipp och omvandlar dem till biogas – mestadels metan – som kan brännas för att generera elektricitet eller komprimeras till vätska för att driva specialfordon. Men forskare vet lite om de gasproducerande mikroberna som lever i reaktorerna. Men ett nytt projekt för att sekvensera mikrobernas genom kan ändra det, vilket gör det möjligt för forskare att ta reda på hur insekterna utför sina matsmältningsuppgifter och föreslå nya sätt att göra mer produktiva bioreaktorer.
Att sekvensera dessa organismer kommer att ge oss en bättre uppfattning om vilka aktörerna är så att vi bättre kan kontrollera förhållandena eller förbättra designen för att ytterligare förbättra omvandlingen av avfall till biogas, säger Ruihong Zhang , UC Davis bioingenjör som utvecklade systemet.
Liknande bioreaktorer, kända som anaeroba rötkammare, används ofta vid reningsverk för avloppsvatten. Zhangs bioreaktor är dock annorlunda eftersom den är utformad för att fungera på fasta ämnen, som mat och trädgårdsavfall. Det fungerar 30 till 50 procent snabbare än konventionella system och presenterar ett lovande nytt sätt att skära ner på deponiavfall och producera ren brinnande gas i processen. (Naturgas, som huvudsakligen består av metan, släpper ut färre giftiga föreningar i luften än bensin eller dieselbränslen.)
En demonstrationsenhet i industriell storlek har körts på UC Davis sedan oktober förra året och omvandlat åtta ton restaurangavfall, kafeteriaskrot och gräsklipp till 300 000 till 600 000 liter biogas om dagen – tillräckligt för att driva cirka 80 hem. (I Davis används gasen för el och driver det närliggande reningsverket för avloppsvatten.)
Fortfarande vet forskarna lite om mikroberna som omvandlar avfallet till gas. I naturen finns mikroberna som utför nedbrytning av organiskt avfall och generering av metan i ett mycket komplext anaerobt samhälle, och enskilda isolat från samhället är svåra att odla, säger Jim Bristow , chef för gemenskapssekvenseringsprogrammet vid Department of Energy's Joint Genome Institute, i Walnut Creek, CA. Men under de senaste två åren har snabbare och billigare gensekvenseringsmetoder erbjudit mikrobiologer ett nytt verktyg för att studera mikrobiella samhällen. Forskare kan isolera DNA från en droppe bioreaktorslam och generera gensekvensen för hela mikrobiella samhället. Joint Genome Institute kommer att använda detta tillvägagångssätt för att sekvensera genomen av mikroberna i Zhangs kokare nästa år.
Resultaten bör belysa vilka typer av mikrober som lever i bioreaktorn och vilka typer av gener som dominerar. Forskare kommer också att kunna undersöka hur samhället förändras under olika temperaturer och surheter, vilket drastiskt kan förändra systemets effektivitet. Vi vill jämföra vilken typ av mikrober som finns vid olika förhållanden och försöka lista ut varför den ena [uppsättningen villkor] fungerar bättre än den andra, säger Martin Wu , en genetiker vid UC Davis som kommer att leda genomikdelen av projektet.
Zhang har samarbetat med Onsight Biosystems , en Davis-baserad startup, för att kommersialisera systemet. Hon säger att tekniken har väckt intresse från livsmedelsproducenter och kommuner.