用細菌製造的新生物燃料,能量密度比 NASA 使用的火箭燃料還高

作者 | 發布日期 2022 年 07 月 04 日 8:52 | 分類 生物科技 Telegram share ! follow us in feedly


現代航空、航運、航太等工業高度依賴石油,石油短缺已導致全球燃料價格大幅上漲,有研究指出全球石油將在 2054 年加速耗盡。為了取代不可再生且對環境造成大量負擔的化石燃料,科學家不斷尋找更多綠色能源,最近,美國勞倫斯伯克利國家實驗室一組團隊利用常見細菌製造出生物燃料,能量密度奇蹟地比化石燃料還高。

1999 年,美國石油學會(APA)就發表報告強調地球石油儲量可能會在 2062~2094 年間枯竭; 2019 年,史丹佛大學研究更預測全球石油將在 2054 年加速耗盡。

想像一個飛機無法起飛、貨物無法運輸、火箭無法離開地球的世界,因為沒有化石燃料了,石油的枯竭將導致全球混亂,據《interesting engineering》報導,最近美國各州汽油價格突破每加侖 5 美元大關,創下歷史新高,這也就是為什麼許多科學家一直在尋找替代化石燃料的可再生能源。

朝著這方向邁出重要一步的其中一個團隊,來自美國勞倫斯伯克利國家實驗室研究人員,最近成功利用細菌生產出能量密度超越化石燃料的生物燃料,包括 NASA 使用的火箭燃料。

▲ 一種鏈黴菌。

研究團隊從以植物為食的鏈黴菌屬(Streptomyces)中鑑定出能產生環丙烷的細菌,這種細菌在土壤中無所不在,如今使用的許多免疫抑製劑、抗生素、抗癌藥物等也常由鏈黴菌製造,但這種細菌也較反覆無常,難以於實驗中發揮效用,所以團隊將相關基因複製到其他細菌,最後製造出由 7 組環丙烷環(3 個碳原子鍵合成三角形的環)組成、稱為 POP-FAME 的燃料分子,只需進一步化學處理就可將它們變成立即燃燒的生物燃料,能明顯減少燃燒石油產生的溫室氣體。

進一步對新生物燃料進行電腦模擬估計燃燒特性後,分析表明新燃料在室溫下安全穩定,能量密度超過 50 MJ/L;與現有燃料相比,汽油的能量密度約 32 MJ/L,普通噴射機和火箭使用的燃料能量密度最高約為 35 MJ/L,顯見新生物燃料呈現巨大增長。

雖然團隊仍需找到設計更有效菌株的方法,至少製造出 10 公斤生物燃料才能在火箭發動機進行測試,但該研究也正投入研究如何修改多酶生產途徑以產生不同長度的多環丙烷化分子投入特定應用,比如長鏈燃料非常適合應用於火箭燃料,短鏈燃料則更適合噴射燃料。

新論文發表在《Joule》期刊。

(圖片來源:勞倫斯伯克利國家實驗室