Энергетика, природные ресурсы, инженерные системы

Информационный портал ТЕПЛОКАРТА
  • Главная
    • Главная

      • Твердотопливные котлы и печи, камины
      • Системы отопления и охлаждения
      • Альтернативная энергия
      • Водоснабжение и водоотведение
      • Вентиляция и кондиционирование
      • Оборудование и материалы
      • Энергоэффективность и энергосбережение
      • Природные ресурсы, экология и строительство
      • Ядерная энергетика
      • Новости, обзоры, события
      • Исследования
  • Указатель терминов
  • Облако тегов
  • О портале
    • О портале

      • Контакты
      • Разместить статью
Кишечная палочка. Pixabay
Кишечная палочка. Pixabay

Модифицированная кишечная палочка производит биотопливо

Природные ресурсы, экология и строительство

Опубликовано: 22.12.2020

Обновлено: 26.11.2021

 798

Все упомянутые виды биотоплива могут производить E. coli. Говоря общими словами, бактерии потребляя сахар как пищу, превращают его в аденозинтрифосфат (АТФ), и далее в процессе ферментации этот энергоноситель преобразуется в биотопливо

Мировые энергетические системы зависят от ископаемых ресурсов, побуждая искать альтернативные источники энергии. Одним из них является биомасса. Биомассой можно назвать любой возобновляемый органический материал, который произвели животные и растения.

Некоторые виды биомассы: отходы животноводства, древесина, зерновые культуры и спиртосодержащие жидкости. Отходы растительного и животного происхождения в общем производстве биотоплива имеют наибольший вес. Однако генетически модифицированная кишечная палочка (E. coli) такое соотношение может изменить. E. coli - это грамотрицательные бактерии, которые имеются в кишечнике всех людей. Их можно генетически модифицировать, чтобы получить промотор и производить биотопливо.

Вопреки распространенному мнению, большинство штаммов E. coli безвредны и входят в состав микробиоты кишечника человека. E. coli хорошо изучена - на самом деле, это наиболее глубоко исследованный организм, когда речь идет о регуляции и экспрессии генов, и ее геном полностью расшифрован. Кроме того, E. coli утилизирует как пентозу, так и гексозу, в отличие от других изученных организмов, которые взаимодействуют только с одним из видов моносахаридов, что делает E. coli наиболее подходящим материалом, чтобы его модифицировать и производить биотопливо.

Виды биотоплива

Биоэтанол - это наиболее широко распространенный вид биотоплива, имеющий долгую и всемирную историю. В 1876 году немецкий изобретатель Николаус Отто разработал первый современный двигатель внутреннего сгорания, работающий на этиловом спирте. В 1908 году в США был разработан автомобиль Ford Model T, известный как «Жестяная Лиззи», который работал на этаноле из кукурузы.

Однако этанол имеет низкую плотностью энергии. Поэтому альтернативные виды биотоплива, такие как бутанол и изопропанол обходят биоэтанол по экономической эффективности из-за их более высокой плотности энергии. В дополнение к этому, модифицированная кишечная палочка производит два монотерпеноида-прекурсора и три прекурсора-сесквитерпена - это многообещающая замена существующим видам авиационного топлива.

Подготовка E. coli к модификации

Все вышеупомянутые виды биотоплива могут производить E. coli. Говоря общими словами, бактерии потребляя сахар как пищу, превращают его в аденозинтрифосфат (АТФ), и далее в процессе ферментации этот энергоноситель преобразуется в биотопливо. Более конкретно, в отсутствие кислорода E. coli эндогенно продуцирует этанол, когда «один моль глюкозы метаболизируется в два моля формиата, два моля ацетата и один моль этанола».

Неизмененная E. coli в естественных условиях производит этанол в количестве всего 0,26 г на грамм глюкозы по сравнению с теоретическим выходом, равным 0,51 г. С помощью генной инженерии выход этанола увеличивается до минимальной концентрации 46 г/л среды, состоящей только из воды, соли и источника углерода.

С помощью аналогичных манипуляций E. coli производит н-бутанол с концентрацией 6,1 г/л и изопропанол с концентрацией 5 г/л. Чтобы понять, насколько важны эти значения, их надо рассматривать в контексте соответствующих плотностей энергии.

E. coli дает чистую плотность энергии этанола:

0,046 кг/л × 30 МДж/кг = 1,38 МДж/л;

Бутанола:

0,0061 кг/л × 36 МДж/кг = 0,22 МДж/л;

Изопропанола:

0,005 кг/л × 33 МДж/кг = 0,165 МДж/л.

Топливо Плотность энергии
Бензин 47 МДж/кг
Бутанол 36 МДж/кг
Этанол 30 МДж/кг
Изопропанол 33 МДж/кг

Таблица 1: Энергетические плотности различных видов топлива.

Важно отметить, что значения объема в этих формулах относятся к минимальному объему среды, в которой растут бактерии. Хотя плотность энергии этанола ниже, чем у других видов биотоплива, его чистая плотность энергии получается в 6-8 раз выше, чем у бутанола и изопропанола.

Есть опасения, что искусственно сконструированная кишечная палочка негативно повлияет на окружающую среду и здоровье человека. Поэтому биоинженеры должны ограничить метаболические возможности E. coli, чтобы она не выжила в естественной среде и не вызвала беспокойства у окружающих.

 

Источник: Stanford University

0.00%
0 0
 Теги:

Публикации на похожую тему:

Фото: © iStockphoto.com/Mlenny

Технологии чистой энергии черпают идеи из природы

Обновлено: 04.05.2020
 1077
Паропроницаемая мембрана. Roof Giant

Паропроницаемые мембраны пропускают воздух и защищают здания от влаги

Обновлено: 12.02.2022
 344
Перерабатываемый материал может быть восстановлен до исходного сырья с помощью пептидов (в центре). Для получения сырьевых фрагментов из целевого материала (оранжевого цвета) используются бактериофаги - вирусы, избирательно поражающие бактериальные клетки (слева). Пептиды, прикрепленные к полученным сырьевым компонентам (справа), выводят желаемый химический элемент из раствора. Автор изображения: Dr. Franziska Lederer, HZDR

Био-рыбалка для извлечения редкоземельных металлов из отходов

Обновлено: 03.08.2020
 753

Комментарии ()

    Написать комментарий

    Недавние публикации

    Звуковые эффекты в зданиях напрямую зависят от материалов, из которых сделаны потолки, стены, двери и другие ограждающие конструкции. Фото: Rockfon

    Звукопоглощение, звукоизоляция и фоновый шум в зданиях

    Обновлено: 26.07.2022  629
    Тепло выделяется из оксида марганца, когда молекулы воды поглощаются слоистой структурой. Ⓒ Norihiko L. Okamoto

    Вода усиливает способность материала поглощать и отдавать тепло

    Обновлено: 21.04.2022  637
    Струи пламени нагревают теплообменник в печи с принудительной подачей разогретого воздуха в систему отопления. Service Champions

    Отопительные печи с принудительной подачей воздуха в помещение

    Обновлено: 07.05.2022  604

    Популярные категории

    • Твердотопливные котлы и печи, камины34
    • Исследования40
    • Водоснабжение и водоотведение23
    • Вентиляция и кондиционирование28
    • Энергоэффективность и энергосбережение44

    Разместить статью

    Портал TEPLOKARTA.RU доступен в Google Play

    Ссылки:

    • Контакты
    • Разместить статью
    • Конфиденциальность
    VK Telegram

    © 2023 Россия. Копировать без ссылки запрещено.  TEPLOKARTA.RU

    Отправить сообщение об ошибке?

    Ошибка:
    Выделите опечатку и нажмите Ctrl + Enter, чтобы отправить сообщение об ошибке.