นักวิทยาศาสตร์สร้างทางเลือกเชื้อเพลิงฟอสซิลทดแทนโดยใช้แบคทีเรีย

การพัฒนานี้เป็นขั้นตอนสู่การผลิตเชิงพาณิชย์ของแหล่งเชื้อเพลิงที่วันหนึ่งอาจเป็นทางเลือกแทนเชื้อเพลิงฟอสซิล โพรเพนเป็นแหล่งเชื้อเพลิงสะอาดที่น่าสนใจเพราะมีตลาดทั่วโลกอยู่แล้ว มีการผลิตเป็นผลพลอยได้ระหว่างกระบวนการแปรรูปก๊าซธรรมชาติและการกลั่นน้ำมันปิโตรเลียม แต่ทั้งสองอย่างนี้มีทรัพยากรจำกัด ในรูปแบบปัจจุบันประกอบด้วยก๊าซหุงต้ม (ก๊าซปิโตรเลียมเหลว) จำนวนมาก ซึ่งใช้ในการใช้งานหลายประเภท ตั้งแต่เครื่องทำความร้อนส่วนกลาง เตาตั้งแคมป์ และยานยนต์ทั่วไป ในการศึกษาใหม่ ทีมนักวิทยาศาสตร์จาก Imperial College London และมหาวิทยาลัย Turku ในฟินแลนด์ ใช้ Escherichia coli เพื่อขัดขวางกระบวนการทางชีวภาพที่เปลี่ยนกรดไขมันเป็นเยื่อหุ้มเซลล์ นักวิจัยใช้เอ็นไซม์ในการส่งกรดไขมันไปตามทางเดินทางชีวภาพที่แตกต่างกัน เพื่อให้แบคทีเรียสร้างโพรเพนทดแทนที่พร้อมใช้งานในเครื่องยนต์แทนเยื่อหุ้มเซลล์ เป้าหมายสูงสุดของพวกเขาคือการใส่ระบบทางวิศวกรรมนี้เข้าไปในแบคทีเรียสังเคราะห์แสง เพื่อเปลี่ยนพลังงานแสงอาทิตย์เป็นเชื้อเพลิงเคมีโดยตรงในวันหนึ่ง ผลการศึกษาได้รับการตีพิมพ์ในวารสารNature Communications ดร. Patrik Jones จาก Department of Life Sciences แห่ง Imperial College London กล่าวว่า "แม้ว่าการวิจัยนี้จะยังอยู่ในช่วงเริ่มต้น แต่การศึกษาพิสูจน์แนวคิดของเราได้นำเสนอวิธีการสำหรับการผลิตเชื้อเพลิงทดแทนที่ก่อนหน้านี้สามารถเข้าถึงได้จากแหล่งสำรองฟอสซิลเท่านั้น แม้ว่าเราจะผลิตได้เพียงเล็กน้อย แต่เชื้อเพลิงที่เราผลิตได้ก็พร้อมที่จะใช้ในเครื่องยนต์ทันที สิ่งนี้เปิดโอกาสสำหรับการผลิตเชื้อเพลิงหมุนเวียนที่ยั่งยืนในอนาคต ซึ่งในตอนแรกสามารถเสริมได้ และหลังจากนั้นแทนที่เชื้อเพลิงฟอสซิล เช่น ดีเซล น้ำมันเบนซิน ก๊าซธรรมชาติ และน้ำมันอากาศยาน” นักวิทยาศาสตร์เลือกที่จะกำหนดเป้าหมายโพรเพนเนื่องจากสามารถออกจากเซลล์ได้ง่ายในรูปของก๊าซ แต่ต้องการพลังงานเพียงเล็กน้อยในการเปลี่ยนสถานะจากสถานะก๊าซธรรมชาติให้กลายเป็นของเหลวที่ง่ายต่อการขนส่ง จัดเก็บ และนำไปใช้ " เชื้อเพลิงฟอสซิล เป็นทรัพยากรที่มีจำกัด และในขณะที่ประชากรของเราเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง เราจะต้องหาวิธีใหม่ๆ เพื่อตอบสนองความต้องการด้านพลังงานที่เพิ่มขึ้น อย่างไรก็ตาม การพัฒนากระบวนการหมุนเวียนที่มีต้นทุนต่ำและถือเป็นความท้าทายอย่างมาก ยั่งยืนทางเศรษฐกิจ ปัจจุบัน สาหร่ายสามารถนำมาทำไบโอดีเซลได้แต่ไม่สามารถทำได้ในเชิงพาณิชย์เนื่องจากการเก็บเกี่ยวและแปรรูปต้องใช้พลังงานและเงินจำนวนมาก เราจึงเลือก โพรเพน เนื่องจากสามารถแยกโพรเพนออกจากกระบวนการทางธรรมชาติโดยใช้พลังงานน้อยที่สุดและ จะเข้ากันได้กับโครงสร้างพื้นฐานที่มีอยู่เพื่อให้ใช้งานได้ง่าย" ดร. โจนส์กล่าวเสริม การใช้เชื้ออีโคไลเป็นสิ่งมีชีวิตหลัก นักวิทยาศาสตร์ขัดขวางกระบวนการทางชีวภาพที่เปลี่ยนกรดไขมันเป็นเยื่อหุ้มเซลล์ เมื่อหยุดกระบวนการนี้ตั้งแต่เนิ่นๆ พวกเขาสามารถกำจัดกรดบิวทีริก ซึ่งเป็นสารประกอบที่มีกลิ่นเหม็นซึ่งเป็นสารตั้งต้นที่จำเป็นสำหรับการผลิตโพรเพน เพื่อขัดจังหวะกระบวนการนี้ นักวิจัยได้ค้นพบเอนไซม์รูปแบบใหม่ที่เรียกว่า ไทโอเอสเตอเรส ซึ่งมีเป้าหมายเฉพาะกับกรดไขมันและปลดปล่อยพวกมันออกจากกระบวนการทางธรรมชาติ จากนั้นพวกเขาใช้เอนไซม์ตัวที่สองของแบคทีเรียที่เรียกว่า CAR เพื่อเปลี่ยนกรด butyric เป็น butyraldehyde สุดท้าย พวกเขาได้เพิ่มเอนไซม์ที่เพิ่งค้นพบเมื่อเร็วๆ นี้เรียกว่า aldehyde-deformylating oxygenase (ADO) ซึ่งเป็นที่ทราบกันดีว่าสร้างไฮโดรคาร์บอนตามธรรมชาติเพื่อสร้างโพรเพน ความพยายามก่อนหน้านี้ในการใช้เอนไซม์ ADO ได้พิสูจน์แล้วว่าน่าผิดหวัง เนื่องจากนักวิทยาศาสตร์ไม่สามารถควบคุมพลังตามธรรมชาติของเอนไซม์เพื่อสร้างเชื้อเพลิงที่สะอาดขึ้นได้ แต่นักวิทยาศาสตร์ที่ Imperial ค้นพบว่าการกระตุ้น ADO ด้วยอิเล็กตรอน ทำให้สามารถเพิ่มความสามารถในการเร่งปฏิกิริยาของเอนไซม์ได้อย่างมาก และในที่สุดก็ผลิตโพรเพนได้ ระดับของโพรเพนที่นักวิทยาศาสตร์ผลิตได้นั้นน้อยกว่าระดับที่จำเป็นต่อการแปรรูปเป็นผลิตภัณฑ์เชิงพาณิชย์ถึง 1,000 เท่า ดังนั้นพวกเขาจึงกำลังปรับปรุงกระบวนการสังเคราะห์ที่ออกแบบใหม่ ดร. โจนส์กล่าวว่า "ในขณะนี้ เราไม่เข้าใจอย่างถ่องแท้ว่าโมเลกุลของเชื้อเพลิงเกิดขึ้นมาได้อย่างไร ดังนั้น เรากำลังพยายามค้นหาให้แน่ชัดว่ากระบวนการนี้เกิดขึ้นได้อย่างไร ฉันหวังว่าในอีก 5-10 ปีข้างหน้า เราจะสามารถบรรลุกระบวนการที่มีศักยภาพในเชิงพาณิชย์ ซึ่งจะกระตุ้นความต้องการพลังงานของเราอย่างยั่งยืน"