211service.com
Konstruerade organismer för att göra billigt socker
I ett försök att göra biobränslen billigare ringde en startup Proterro , baserat i Princeton, New Jersey, utvecklar ett sätt att minska kostnaderna för att göra socker, en grundläggande byggsten för etanol. Företaget konstruerar fotosyntetiska mikroorganismer för att utsöndra stora mängder socker, och det designar en bioreaktor för att odla organismerna med små mängder vatten.
Mini sockerplantage: Denna prototypbioreaktor byggd av startup Proterro används för att odla mikroorganismer som utsöndrar socker. Mikroorganismerna växer på tyget i mitten av behållaren.
Fotosyntetiska mikroorganismer, såsom alger, är vanligtvis uppskattade för sin förmåga att producera oljor. Proterro valde att fokusera på sockerproduktion eftersom det är källan till biobränsleetanol, och det är också startpunkten för nya processer för att tillverka andra typer av biobränslen.
Idag är nästan allt socker för biobränslen tillverkat av majs eller sockerrör, och flera företag utvecklar processer för att göra socker från rikligt med cellulosamaterial som gräs och flis. Men som råvara för att tillverka biobränslen är socker fortfarande för dyrt, säger Kef Kasdin, Proterros vd. Endast socker från sockerrör är tillräckligt billigt för att vara ekonomiskt vettigt, och det kan bara odlas billigt på vissa platser, som Brasilien.
Proterros mikroorganismer, en typ av cyanobakterier, kan producera mycket högre sockerutbyten per hektar än sockerrör och andra konventionella källor, säger Kasdin. Sockerrörsväxter använder vatten och energi från solen för att producera mycket biomassa som inte är socker, och sedan måste den skrymmande biomassan transporteras och sockret utvinnas, vilket bidrar till dess kostnad. I Proterros system riktas mer av vattnet och energin i solljus till att göra socker istället för att stödja biomassa, och organismerna behöver inte skördas – istället utsöndrar de kontinuerligt socker i en form som är lätt att använda för att tillverka biobränslen.
Proterros mikrober producerar naturligt sackaros när vattnet som de växer i blir för salt - det är en försvarsmekanism för att förhindra att vatten sugs ut ur dem i det omgivande vattnet via osmos. Företaget har identifierat generna som utlöser denna mekanism och konstruerat organismerna för att slå på den. Forskarna har också konstruerat organismerna för att utsöndra sockret, vilket gör det lättare att samla in. I konventionella metoder för att tillverka bränslen med hjälp av alger eller cyanobakterier, måste organismerna skördas och avvattnas - oljan eller sockret isoleras sedan från resten av biomassan, vilket är en anledning till att algbränslen är dyra.
Att odla cyanobakterier och andra fotosyntetiska mikroorganismer som alger kräver vanligtvis också en stor mängd vatten - de odlas i dammar eller i stora klara behållare fyllda med vatten. Proterro utvecklar en ny bioreaktor som inte sänker ner cyanobakterierna i vatten. Istället odlas de på tyg som är blött med vatten med hjälp av ett droppmatningssystem. Organismerna behöver inte vara nedsänkta, bara matas med en rännel vatten, säger Kasdin.
Tillvägagångssättet liknar ett som utvecklats av Joule Unlimited, förutom att Joule har konstruerat sina organismer för att producera bränsle direkt. Kasdin säger att Proterro valde en process som organismerna gör naturligt, som man hoppas ska göra organismerna lättare att utveckla och underhålla. Hon säger också att Proterros lågvattenbioreaktorer också kan sänka kostnaderna jämfört med Joules, som sänker ner organismerna i vatten.
Proterro, som grundades 2008 och har samlat in 5 miljoner dollar i riskfinansiering, är fortfarande i ett tidigt skede. Det har visat konstruerade versioner av de sockerutsöndrande cyanobakterierna och tillverkade prototypbioreaktorer. Men det är fortfarande inte klart exakt hur hög avkastningen kommer att bli, eller hur mycket mindre vatten som kommer att användas än konventionella sätt att göra socker - eller till och med om det kan göra socker billigare än det kan göras av sockerrör.
Det faktum att organismerna inte behöver mycket vatten och kan utsöndra sockret gör tekniken attraktiv, säger Jianping Yu, en forskare vid National Renewable Energy Laboratory i Golden, Colorado. Dessutom, säger han, har det redan visat sig att alger och cyanobakterier kan ge höga skördar per hektar. Men han säger att företaget kommer att möta många utmaningar. Den största kommer från det faktum att genom att utsöndra socker skapar organismerna en idealisk miljö för många andra organismer. Dessa andra organismer kan strypa cyanobakterierna, vilket gör det nödvändigt att rengöra bioreaktorerna ofta och odla nya partier av cyanobakterier. Det skulle göra systemet för dyrt.
Biobränsleföretag som håller sig närmare etablerade industriella processer har större chans att lyckas, säger Mark Bünger, forskningschef på Lux Research. Biobränslearenan har många utmaningar och Proterro försöker ta itu med dem alla på en gång. Det är en stor, djärv satsning.