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据《科学日报》(ScienceDaily)2012年9月11日报道,美国密苏里科技大学(Missouri University of Science and Technology)的微生物学家的一项专利工艺,将改变生物燃料的生产现状。生物燃料的生产过程由于成本高,一直很难与化石燃料在经济效益方面相抗衡,这也是制约生物燃料难以推广应用的瓶颈。但是美国密苏里科技大学微生物学家的专利技术,可以使生物燃料生产降低成本,减少对于化石燃料的依赖,同时简化生物燃料的生产过程,实现流水线作业。这个过程包括微生物在极端条件下的繁殖。
Melanie Mormile博士是密苏里科技大学的一名生物科学教授,她发现了一种特定的细菌,称其为Halanaerobium hydrogeniformans(字面含义是生氢盐厌氧菌),可以用来简化生物燃料生产工艺。因为这种细菌能在高碱、高盐条件下生存,它并不要求生物质的pH值一定要显中性,只需要在氢燃料和其他生物燃料的生产过程中进行一个步骤碱处理即可。Melanie Mormile博士和她的同伴们被授予两项利用这种细菌开发生物燃料的专利。
在生物燃料的开发过程中, 需要大量的能量来分解生物质以至于细菌可以使其通过发酵形成乙醇或氢和其他有用的产品。生物燃料生产的传统方法包括柳枝稷和稻草的蒸汽爆破,从纤维素中分离出木质素(因为木质素是一种不必要的副产品), 以满足生物燃料生产的需要,这个过程需要电力产生蒸汽。而发电要么是燃煤发电,也可以通过天然气来发电,二者均会释放出大量的二氧化碳,而剩余的残渣则依赖于化石燃料。木质素降解产生的化合物,抑制发酵和导致整体氢的产率很低。在Melanie Mormile博士他们的产生工艺中,生物质燃料的产物是氢气和其他产品。用一种碱性物质来处理柳枝稷和稻草,其目的是去除木质素与有限的有害化合物的形成,但由此产生的浆液是高度碱性,而且含盐量很高。在盐厌氧菌Halanaerobium hydrogeniformans发现之前, 开始发酵过程前需要进行中和,调节发酵液的酸碱性。但是,如果使用Melanie Mormile博士发现的特种菌种,这一步就可以被取消。Melanie Mormile也谈到,这表明从碱性预处理过的生物质来生产氢气是有望获得成功, 用碱进行预处理,不需要加热,只要使用特种菌即可将允许跳过中和过程,它使这一过程变得更经济有效,这也是研究人员希望得到的结果。他们看到氢生产类似于转基因生物,但是研究人员并没有开始调整这种细菌的基因组。
Melanie Mormile博士正在寻找优化特种菌成长发育和降低成本的有效方法。她正在与Oliver Sitton博士, 密苏里科技大学化学和生化工程副教授合作研究,在一个生物反应器中优化细菌生长的最佳条件。研究人员已经证明他们能够在一个实验室规模的反应器生产氢。该项目下一步的就是找到最好的生长培养基和优化利用生物质氢生产工艺。Melanie Mormile博士解释说:“我们意识到这不会解决所有的运输燃料的问题,但我们想看到这项技术能够发展成一种区域化的解决方案, 农业社区可获得农业废弃物,进行碱预处理之后、加入到一个现场反应器中,生产的氢燃料可以直接供农场使用。”Melanie Mormile博士研究的极端微生物实际上就是存在于极端条件下的生命形式。他们用于生产氢燃料的特种菌Halanaerobium hydrogeniformans是来自美国华盛顿州Soap湖。
独一无二的Soap湖已经有2000年多年没有出现湖水翻腾现象了,这是因为它的高盐度缘故。其湖水的pH值与氨水的pH值相同,含盐量是海水的10倍。Melanie Mormile博士解释说:“通常,湖泊由于水温的变化每年会有两次翻腾, 在整个一年之内,像死海藻一样的材料以及他们所有的营养沉积于湖底。在夏天的几个月里,湖底保持冷静而湖表由于太阳照射而变热,诱捕湖底的营养物。随着秋季的到来,整个湖水温度趋于相同,混合或翻腾现象就有可能发生。” Soap湖的形状和高含盐量防止其发生翻腾、捕获营养。Melanie Mormile博士说:“湖的底部包含如此多的盐简直就像糖浆一样”。
在未来,Melanie Mormile博士希望重返Soap湖去寻找更多的新生物。她认为这个过程只是第一步, 他们也知道他们发现的细菌不能分解纤维素, 所以他们想找到的菌种是可以将纤维素分解成更小的组成部分,以便发酵菌利用转化。” 相关专利发明人的署名还有美国橡树岭国家实验室生物科学部的Dwayne Elias博士,威斯康辛-麦迪逊大学(University of Wisconsin-Madison)微生物学博士训练计划的Matthew B. Begemann以及密苏里-哥伦比亚大学(University of Missouri-Columbia)生物化学系的Judy D. Wall博士。
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