211service.com
En bedre biobrændselsfejl
En lille mikrobe fundet i Chesapeake Bay er fokus for intens undersøgelse for en bioteknologisk startup i College Park, MD. Zymetis har genetisk modificeret en sjælden, celluloseædende bakterie for at nedbryde og omdanne cellulose til sukker, der er nødvendigt for at fremstille ethanol, og det afsluttede for nylig sit første kommercielle forsøg. Tidligere i år kørte virksomheden den modificerede mikrobe gennem en række tests i store fermentorer og fandt ud af, at den var i stand til at omdanne et ton celluloseholdige plantefibre til sukker på 72 timer. Forsøget, siger forskere, illustrerer organismens potentiale i at hjælpe med at producere ethanol billigt og effektivt i industriel skala. Zymetis rejser nu den første runde venturekapital for at bringe teknologien til kommercielle applikationer.
Celluloseædende mikrobe: Steve Hutcheson, præsident og CTO for Zymetis, viser en kultur af bakterien S. degradans , fundet i Chesapeake Bay for mere end 20 år siden.
Scott Laughlin, administrerende direktør for Zymetis, siger, at virksomhedens videnskabsmænd i de sidste to år har arbejdet på at genopbygge og pumpe den lille organisme op. Mikrobens største fordel er dens evne til naturligt at kombinere to store trin i ethanolprocessen, hvilket selskabet siger, kan reducere de høje omkostninger ved at producere ethanol fra celluloseholdig biomasse som switchgrass, træflis og papirmasse betydeligt. Virksomheden kører organismen gennem en række forsøg for at undersøge, hvordan systemet kan anvendes i industriel skala.
Ethanolproduktion fra celluloseholdige kilder er en dyr flertrinsproces. Celluloseråmaterialet forbehandles først med varme og kemikalier for at nedbryde materialets hårde cellevægge. Dyre fremstillede enzymer tilsættes derefter blandingen for at omdanne renset cellulose til glukose, som derefter behandles med gær, der omdanner sukkeret til ethanol. Som følge heraf udvikler forskere og flere startup-virksomheder forbedrede mikrober, der kan udføre flere af disse trin, og dermed gøre de resulterende biobrændstoffer mere konkurrencedygtige med fossile brændstoffer.
Mod det mål siger Laughlin, at virksomheden har udviklet et ethanolproducerende system, der kredser om en mikrobe, der hurtigt og effektivt kombinerer de to første trin af den konventionelle ethanolproces. Det har evnen til at nedbryde hele plantemateriale, og det udskiller enzymer, der nedbryder cellulose, [som fungerer] meget godt i opløsning, siger Laughlin.
Mikroben, som virksomheden satser på, er Saccharophagus degradans , en bakterie fundet i marsken i Chesapeake Bay, der æder dødt plantemateriale og fast affald og nedbryder dem til glukose. I 2003, Steve Hutcheson , en professor i cellebiologi og molekylær genetik ved University of Maryland, finkæmmede organismens genom og opdagede, at den besad en kombination af enzymer, der nedbrød de hårde cellevægge i døde planter og omdannede resterende cellulose til sukker – to værdifulde egenskaber i producerer celluloseholdig ethanol. I 2006 grundlagde Hutcheson Zymetis for at pumpe mikrobens ydeevne op til en kommerciel skala.
Siden da har virksomheden arbejdet med stammer af S. degradans , der identificerer sæt enzymer, der er ansvarlige for at nedbryde en række forskellige materialer, fra aviser til døde planter til fast affald. Hutcheson og hans kolleger tændte for visse gener for at øge aktiviteten af disse enzymer og slukkede for andre gener, der kontrollerede mikrobens hæmmende adfærd, såsom dem, der fortæller den at stoppe med at spise. Som følge heraf pumper den genetisk modificerede organisme betydeligt flere enzymer ud, end den normalt ville.
Laughlin og hans kolleger kørte for nylig organismen gennem et forsøg og fandt ud af, at organismen tyggede gennem et ton celluloseholdige plantefibre og omdannede frugtkødet til sukker inden for 72 timer - en proces, der normalt tager år i naturen. Lige nu arbejder vi på en 24-til-72-timers tidsskala, siger Laughlin. Det er mere et økonomisk spørgsmål at gøre det hurtigere, men til hvilken pris? Så vi arbejder på en lang række protokoller for behandling på tværs af forskellige tidsskalaer for at finde ud af en optimal kørsel.
Virksomheden parrer mikroben med en gærstamme, der omdanner sukker til ethanol, efterhånden som mikroben nedbryder cellulose. Zymetis' mål er at udvikle produktionsenheder, der er i stand til at producere omkring 10 millioner gallons ethanol om året - en relativt beskeden produktion. Men Laughlin siger, at det at tænke mindre kunne føre til mere effektiv, lokal produktion af ethanol, og han forestiller sig et samarbejde med papirfabrikker og fast affaldsfaciliteter for at producere ethanol på stedet.
Hvis man ser på en majs-ethanol-fabrik, er det denne store hulking-fabrik, siger Laughlin. Vi vil hellere placere mindre effektive anlæg på en distribueret måde på de steder, hvor denne affaldsfiber er tilgængelig, og på den måde henter vi en masse effektivitet og kan komme hurtigere på markedet og behøver ikke at dyrke fiber. . Laughlin siger, at virksomheden sigter mod at etablere en pilot-samlokaliseringsfacilitet med en ikke-oplyst partner i midten af 2010.
Qteros , et bioteknologisk firma beliggende i Marlborough, MA, bruger lignende metoder til at opskalere produktionen af cellulose-ethanol. Forskere der udvikler en mikrobe, der kombinerer de sidste to stadier af ethanolproduktion: omdannelse af cellulose til sukker og omdannelse af sukker til ethanol. William Frey, administrerende direktør for Qteros, siger, at Zymetis' tilgang er nøglen til en stor udfordring med at gøre celluloseholdig ethanol overkommelig.
En stor del af omkostningerne er forbundet med forbehandling og også med enzymhydrolyse, siger Frey. Industrien leder efter teknologier, der er økonomiske og skalerbare, og mikrobielle løsninger har evnen til at reducere antallet af trin og omkostninger, og det er en stor brik.