Etanol gibi biyoyakıtların üretimini artırmak, küresel fosil yakıt tüketimini azaltmaya yönelik önemli bir adım olabilir. Bununla birlikte, etanol üretimi büyük ölçüde, ABD yakıt ihtiyacının önemli bir bölümünü oluşturacak kadar büyük miktarlarda yetiştirilmeyen mısıra bağlı olması nedeniyle sınırlıdır.
Biyoyakıtların potansiyel etkisini genişletmeye çalışmak için, MIT(Massachusetts Teknoloji Enstitüsü) mühendislerinden oluşan bir ekip, bu tür yakıtları üretmek için daha geniş bir gıda dışı hammadde yelpazesinin kullanımını genişletmenin bir yolunu buldu.
Şu anda, saman ve odunsu bitkiler gibi hammaddelerin biyoyakıt üretimi için kullanılması zordur, çünkü ilk önce fermente edilebilir şekerlere parçalanmaları gerekir, bu işlem biyoyakıt üretmek için en yaygın olarak kullanılan mikroplar olan maya için toksik olan çok sayıda yan ürünü serbest bırakan bir süreçtir.
MIT araştırmacıları, bu toksisiteyi aşmak için bir yol geliştirdiler ve çok daha bol olan bu kaynakları biyoyakıt üretmek için kullanmayı mümkün hale getirdiler. Ayrıca, bu toleransın diğer kimyasalları üretmek için kullanılan maya suşlarına dönüştürülebileceğini ve potansiyel olarak biyodizel veya biyoplastik yapmak için bir kaynak olarak “selülozik” odunsu bitki materyalinin kullanılmasını mümkün kıldığını gösterdiler. MIT araştırma görevlisi ve yeni çalışmanın baş yazarı Felix Lam, “Gerçekten yapmak istediğimiz şey, hemen hemen her ürüne selüloz hammaddelerini açmak ve selülozun sunduğu saf bolluktan yararlanmak” diyor. Gregory Stephanopoulos, Kimya Mühendisliğinde Willard Henry Dow Profesörü ve Whitehead Biyomedikal Araştırma Enstitüsü’nde Margaret ve Herman Sokol Profesörü ve MIT Biyoloji Bölümü’nde Amerikan Kanser Derneği Genetik Profesörü Gerald Fink, makalenin kıdemli yazarlarıdır.
Toleransı Artırmak
Şu anda, ABD mısır hasadının yaklaşık yüzde 40’ı etanole gidiyor. Mısır, öncelikle çok miktarda su ve gübre gerektiren bir gıda mahsulüdür, bu nedenle selülozik biyokütle olarak bilinen bitki materyali, yenilenebilir yakıtlar ve kimyasallar için çekici, rekabet etmeyen bir kaynak olarak kabul edilir.
Pek çok saman türünü ve tipik olarak kullanılmayan mısır bitkisi parçalarını içeren bu biyokütle, ABD Enerji Bakanlığı’nın bir araştırmasına göre yılda 1 milyar tondan fazla materyali kapsayabilir.
Bununla birlikte, selülozik biyokütleyi kullanmanın önündeki iki büyük engel, selülozun önce odunsu ligninden serbest bırakılması ve daha sonra selülozun mayanın kullanabileceği basit şekerlere parçalanması gerektiğidir. Gereken özellikle ön işleme, çok reaktif olan ve maya hücrelerini öldürebilen aldehitler adı verilen bileşikler üretir. Bunun üstesinden gelmek için, MIT ekibi maya hücrelerinin, aynı zamanda büyük miktarlarda maya için toksik olan çok çeşitli alkollere karşı toleransını geliştirmek için birkaç yıl önce geliştirdikleri bir teknik üzerine inşa ettiler. Bu çalışmada, biyoreaktöre maya zarını güçlendiren spesifik bileşiklerin eklenmesinin, mayanın yüksek etanol konsantrasyonlarında çok daha uzun süre hayatta kalmasına yardımcı olduğunu gösterdiler.
Bu yaklaşımı kullanarak, yüksek performanslı bir maya türünün geleneksel yakıt etanol verimini yaklaşık yüzde 80 oranında iyileştirebildiler. Araştırmacılar, yeni çalışmalarında, selülozik yan ürün aldehitleri alkollere dönüştürebilmeleri için mayayı tasarladılar ve geliştirdikleri alkol tolerans stratejisinden yararlanmalarını sağladılar. Birkaç maya türünden bu reaksiyonu gerçekleştiren doğal olarak oluşan birkaç enzimi test ettiler ve en iyi sonucu vereni belirlediler. Ardından, onu daha da geliştirmek için yönlendirilmiş evrimi kullandılar. Stephanopoulos, “Bu enzim aldehitleri alkollere dönüştürür ve geliştirdiğimiz diğer yöntemleri kullanarak mayanın bir sınıf olarak alkollere aldehitlere göre çok daha toleranslı hale getirilebileceğini gösterdik” diyor. Mayalar genellikle toksik selülozik hammaddelerden etanol üretmede çok verimli değildir; bununla birlikte, araştırmacılar bu üstün performanslı enzimi ifade edip reaktöre membran güçlendirici katkı maddeleri eklediğinde, suş, selülozik etanol üretimini geleneksel mısır etanolü ile eşleşen seviyelere üç kattan fazla artırdı.
Bol Hammadde
Araştırmacılar, şalgam, buğday samanı ve mısır çömleği (mısır hasat edildikten sonra geride kalan yapraklar, saplar ve kabuklar) dâhil olmak üzere beş farklı selülozik hammadde türü ile yüksek etanol verimi elde edebileceklerini gösterdiler. Lam, “Tasarlanmış suşumuzla, genellikle çok toksik olan tüm bu hammaddelerden esasen maksimum selülozik fermantasyon elde edebilirsiniz” diyor. “Bunun en güzel yanı, bir sezon mısır artıklarınızın o kadar da iyi olmamasının bir önemi yok. Enerji pipetlerine geçebilir veya yüksek miktarda pipetiniz yoksa bir tür etli, odunsu kalıntıya geçebilirsiniz.” Araştırmacılar ayrıca aldehit-etanol enzimlerini biyoplastiklerin öncüsü olan laktik asit üretmek üzere tasarlanmış bir maya türüne dönüştürdüler. Etanolde olduğu gibi, bu suş, selülozik malzemelerden mısırda olduğu gibi aynı verimde laktik asit üretebildi. Bu gösteri, dizel gibi başka ürünler üreten maya suşlarına aldehit toleransı mühendisliğinin mümkün olabileceğini düşündürmektedir. Biyodizellerin, elektrifikasyon gibi emisyonsuz bir alternatifi olmayan ve büyük miktarda fosil yakıt gerektiren ağır kamyon taşımacılığı, nakliye veya havacılık gibi endüstriler üzerinde potansiyel olarak büyük bir etkisi olabilir. Stephanopoulos, “Artık hemen hemen her tür üretim yoluna bağlayabileceğiniz bir tolerans modülümüz var” diyor. “Amacımız bu teknolojiyi yağlar, dizel ve jet yakıtı gibi bu ağır yakıtların üretimi için daha uygun olan diğer organizmalara yaymaktır.”
Kaynak: phys.org