Thứ năm, 02/12/2021 | 10:01 GMT+7

Công nghệ mới sản xuất nhiên liệu sinh học từ thực vật giàu cellulose

21/11/2021

Nhóm nghiên cứu thuộc Viện Công nghệ sinh học Massachusetts phát triển một phương pháp sản xuất nhiên liệu sinh học và những hóa chất quan trọng từ cây nông nghiệp giàu cellulose hiệu quả cao và chi phí thấp.

Bằng phương pháp thay đổi những điều kiện môi trường tăng trưởng nấm men, thêm gene vào một enzym tiêu độc, các nhà khoa học có thể sử dụng nấm men này tạo ra ethanol và nhựa từ nguyên liệu thân lá cây ngô với hiệu suất gần tương đương sản xuất etanol từ hạt ngô.
Trong nhiều năm, ngành công nghiệp nhiên liệu sinh học sử dụng vi sinh vật như nấm men chuyển đổi đường glucose, fructose và sucrose trong hạt ngô thành ethanol, sau đó trộn với xăng thông thường làm nhiên liệu cho ô tô.
Phế thải cây ngô vất bỏ trên cánh đồng sau thu hoạch. (Ảnh: Felix Lam)
Thân lá, râu ngô và những vật liệu tương tự khác cũng mang đường, dạng phân tử gọi là cellulose. Mặc dù loại đường này có thể chuyển hóa thành nhiên liệu sinh học, nhưng khó hơn vì bị thực vật giữ chặt, liên kết các phân tử cellulose thành chuỗi và bao bọc trong các phân tử dạng sợi lignin. Phá vỡ lớp vỏ cứng rắn này và tách rời những chuỗi cellulose làm xuất hiện một hỗn hợp hóa học, độc hại đối với những vi sinh vật lên men.
Để hỗ trợ các vi sinh vật hoạt động, người ta xử lý nguyên liệu có hàm lượng cellulose cao bằng dung dịch có tính axit để phá vỡ các phân tử phức tạp này, để nấm men có thể lên men nguyên liệu. Nhưng phương pháp này tạo ra sản phẩm phụ là những phân tử aldehyde độc hại với vi sinh vật.
Để giải quyết vấn đề độc tố aldehyde, nhóm nghiên cứu tìm kiếm các gene chuyên chuyển đổi aldehyde thành rượu và lựa chọn một gene có tên là GRE2. Khi các tế bào nấm men có gene GRE2 tiến hóa gặp các aldehyde, enzym sẽ chuyển aldehyde thành rượu bằng cách bổ sung thêm các nguyên tử hydro.
Từ năm 2015, Felix Lam, GS Stephanopoulos và GS Fink đã phát triển một hệ thống khiến nấm men có khả năng chịu đựng tốt hơn với nhiều loại rượu, sản xuất nhiên liệu nhiều hơn. Hệ thống đó thực hiện đo và điều chỉnh độ pH cùng nồng độ kali trong môi trường phát triển nấm men, khiến màng tế bào nấm men ổn định hóa học.
Thử nghiệm hệ thống này, nhóm nghiên cứu chế tạo được ethanol và tiền chất nhựa hiệu quả từ vật liệu phế thải ngô, miscanthus và nhiều loại thực vật khác. Giải quyết hiệu quả các vấn đề kinh tế và hóa học, phát sinh khi sản xuất nhiên liệu từ nguyên liệu thực vật giàu cellulose”.
Phế thải vật liệu ngô là một trong nhiều nguồn nguyên liệu có hàm lượng cellulose cao. Rơm lúa và miscanthus (cỏ bạc) và các loại thực vật giàu cellulose có thể thu được với giá siêu rẻ.
Nhóm nghiên cứu hy vọng, những nấm men biến đổi với các gene chống độc tố có thể tạo ra nhiều loại nhiên liệu sinh học đa dạng như diesel, dầu hỏa và các loại dầu mỡ khác, được sử dụng rộng rãi hiện nay.
Đây có thể là một giải pháp tiềm năng cho các trang thiết bị và phương tiện cơ động sử dụng nhiên liệu nhằm giảm khai thác tài nguyên hóa thạch, đồng thời cũng trên cơ sở này có thể phát triển phương pháp sản xuất nhiên liệu phát thải bằng 0, khi chuyển sang sử dụng nhiên liệu sạch hoặc xe lai ghép điện – động cơ xăng.
Theo: Khoahocdoisong
3 giải thưởng năng lượng