©УНК 2011

целюлози і лігніну зі стебел кукурудзи, дерев і проса.
«Вищі спирти» - молекули з більшим числом атомів вуглецю і водню, ніж етанол – більше
підходять для цього. Етанол має два атоми вуглецю, зв'язані з п'ятьма атомами водню, а
також гідроксильну групу. У цих вуглець-водневих зв'язках зберігається потрібна енергія;
розрив цих зв'язків відбувається під час згорання і при цьому виділяється
енергія. Додавання ще двох атомів вуглецю і чотирьох атомів водню утворює бутанол,
який є менш агресивним і концентрує більше енергії. З його чотирма атомами вуглецю
бутанол вже має близько 90% енергії бензину, який є сумішшю молекул з п'ятьмавісьмома
атомами вуглецю. Дизель і реактивне містять молекули із із 9 до 16 атомами
вуглецю.
Сьогодні етанол часто додають у бензин для запобігання раннього запалювання. Перехід
до вищих спиртів може зробити паливну суміш, багату на спирти, більш
підходящою. Сьогоднішні бензинові суміші, як правило, не перевищують 10% етанолу,
але легко уявити собі паливо, яке містить 50-70% вищих спиртів, наприклад, менш
корозійний спирт бутанол. Деякі навіть говорять, що немодифіковані автомобільні
двигуни можуть працювати на одному лише бутанолі. «Ви можете досягти більшої
ефективності в паливі, якщо будете рухатися у сторону збільшення довжини ланцюга
молекули», говорить Мішель Чанг, хімік з Університету Каліфорнії, Берклі, яка
використала мікробів для виробництва бутанолу.
У кінцевому рахунку, бутанол може бути дешевшим у виготовленні, ніж етанол. Коли
дріжджі виробляють етанол, скажімо, з цукру кукурудзи, спирт виходить і змішується з
водою. Воду потрібно скип’ятити, що означає використати більше енергії для
виробництва палива. Але бутанол та вода не змішуються, так що вони можуть бути
розділені за менш енергоємного процесу.
В першу чергу проблема полягає у виробництві достатньої кількості спирту. Виробляти
великі обсяги етанолу відносно легко. Дріжджові штами уже тисячі років
використовуються при виготовленні алкогольних напоїв і містять природні ферменти, які
перетворюють глюкозу рослинного походження в етанол. Ними просто генетично
маніпулювати для отримання більшої кількості етанолу. Хоча є організми, які природньо
виробляють бутанол і вищі спирти, більшість з них утворюють їх у малих кількостях,
говорить Чанг. «Питання в тому, як ви отримаєте той же вихід, що і з етанолом. Ще
нікому це не вдалося».
Чанг недавно знайшла спосіб збільшити виробництво бутанолу в десятки разів, по крайній
мірі у лабораторних умовах. Вона зібрала комбінацію генів з різних організмів і змусила
експресувати їх у бактерії Escherichia coli, кишкова паличка. Деякі з цих генів належать
штаму бактерії Clostridium, яка природньо виробляє бутанол. Проблема, говорить Чанг,
що клостридія має свій «розпорядок», який більшою мірою орієнтований на виживання,
ніж на виробництво великої кількості спирту. Коли клітина розуміє, що забагато
бутанолу, ферменти починають знищувати його. Подібні спроби інших дослідників тому і
були низько продуктивними, дозволяючи отримати близько половини грама бутанолу на
літр розчину глюкози. Тому замість того, щоб використати процес виготовлення бутанолу
клостридіями, Чанг змішала гени двох інших бактерій, Treponema denticola і Ralstonia
eutropha. Ці гени кодують трохи іншу версію ферментів, які контролюють бродіння -
ферменти, які менше руйнують бутанол.
© УНК 18