使用替代燃料来源的研究并不是什么新鲜事,尽管它的患病率增加了在过去的几年中随着燃料价格的不断上涨和化石燃料供应已经开始下降。只是今年美国能源部(DOE)宣布几个融资机会,超过6000万美元用于替代燃料和能源研究项目(阅读奥巴马总统宣布对替代燃料的资助和奥巴马政府宣布新资金用于先进生物燃料学习更多)。
而玉米和大豆是最常见和使用可再生燃料来源,研究扩大到包括其他作物,细菌甚至wastegases可行的选择至少更换或补充化石燃料的使用。
碳气体转化为燃料
自2005年成立以来,LanzaTech、洛神葵,设想生产低碳燃料来自可再生能源,没有侵犯的食物,水和土地资源。2008年,公司成功地证明了它可以从天然气资源生产燃油等级乙醇。使用气体液体平台称为LanzaTech过程,微生物生产燃料和化学品从气体含有一氧化碳(CO),有或没有氢,或包含二氧化碳(CO2)和氢气体。
“原料气体富含碳的废气产生,可以作为生产各种能源密集型加工工业的副产品,”Jennifer Holmgren说LanzaTech的首席执行官。这些行业包括钢铁生产、炼油、水泥制造业和化学处理。她说从生物质合成气生成资源,如农业废弃物或有机工业废水,也可用于转换过程。
这个过程是通过喂养废气进入反应堆注满水,LanzaTech专有的微生物,而消费和含碳气体发酵转化为可重用的产品。从反应堆废气送入一个副产品混合分离系统分离可用的产品和副产品,并发送他们在生产线其他炼油或立即使用。水也恢复混合分离系统和回收到反应堆,帮助提高效率和减少排水。
LanzaTech专有的微生物被设计成灵活的废气中含有的氢。如果有必要,微生物能产生氢与碳和水。“这种能力没有添加氢使LanzaTech利用广泛的原料,“霍蒙格林说。”,更重要的是,减少氢的需求在整个燃料生产过程。”霍蒙格林还指出,微生物是宽容的极端经常发现在废气污染物的含量,使该公司能够用最低的成本,最容易浪费资源的过程以及捕获、隔离和重用大量的温室气体(GHG)。
产品来自LanzaTech过程包括燃料级乙醇、乙酸与丁醇,可以立即使用或与合作伙伴技术将它转化为柴油,航空燃油或其他产品。
“我们估计,大约65%的全球钢铁企业使用技术可以加装LanzaTech过程,”霍蒙格林说。“我们已经完成了温室气体的影响评估气体液体技术有两个外部党派和40之间都有显示汽油相比,二氧化碳排放减少60%。”
Switchgrass-eating大肠杆菌
在2011年末,美国能源部联合生物能源研究所的研究人员(JBEI),维尔,CA,工程菌株大肠杆菌的细菌(大肠杆菌)消化柳枝稷和生产燃料。格雷格•部位JBEI研究员参与这个项目,说,大肠杆菌是两种不同的方式,然后组合在一起。“首先,我们由基因决定细胞有能力消费植物通过plant-degrading酶”部位。“其次,我们构建了组织的基因,称为路径,执行顺序化学转换,把细胞的化学成分变成化合物像燃料。”三种不同的途径被放在一起让三个不同compounds-fatty酸ethylesters、丁醇和pinene-which可以用作生物柴油,汽油的替代品和喷气燃料的前兆。工程大肠杆菌后,柳枝稷是离子液体处理以放松它的结构,使大肠杆菌容易分解为它的组成糖和柳枝稷直接变成生物柴油,丁醇或蒎烯。
根据部位,大肠杆菌细菌被选中,是因为基因编程的基础知识已经工作了数十年的研究,已经有一个既定的知识基因安装到它将如何表现。他说JBEI系统可以工作在其他细菌种类,只要是一个物种,研究人员已经知道如何基因操作。
柳枝稷很容易生长在大量没有太需要化肥和其他投入,这就是为什么JBEI选择它作为其研究的植物。JBEI还发现其他生物质植物,如桉树和庭院废弃物,会被当离子液体处理工程大肠杆菌。“重要的是能够使用尽可能多的类型的植物为生物燃料生产柳枝稷可能不会到处都长得好你可能希望有一个生物燃料作物,”部位。
JBEI新开发过程提供生产燃料的好处从植物在一个步骤中,而传统上需要三个步骤来制造生物燃料。其他生物燃料生产方法需要收集大量的plant-degrading从真菌酶,混合酶与植物生物量将他们转化为糖,最后喂那些糖细菌或酵母发酵成生物燃料。部位分别说做这三个步骤需要三个过程,几个大桶和大量的资本投资。“我们的过程可以让人把他们收割植物,把它们放在一个增值税,所有三个过程可以在一旦发生酶是由细菌、植物转化成糖,和糖转化为燃料,”部位。“生物燃料生产过程合并预计将降低成本,希望,生物燃料可以成为经济。”
虽然JBEI看到许多机会与新方法生产生物燃料,仍有一些需要克服的挑战。部位说,传统三步过程对生物燃料的优点是能收获更大的大量的酶比大肠杆菌工程菌。仍然还有一个问题与工程细菌可以尽快吃植物自然细菌,也学会了如何在数百万年的进化历程。“我们经常遇到的一个障碍是,我们试图操纵活细菌,不是电路或计算机软件,“说部位。“我们还没找到工程的挂,我们可以可靠地生产吨燃料。”
使用的离子液体预处理柳枝稷相对昂贵,尽管研究正在想办法降低成本。“有很多方法可以改善技术,”部位说,“从食草调整酶大肠杆菌正在使用一个完全不同的物种的细菌可以处理的修改我们工程比大肠杆菌。
“我认为进步会积累,我们的工程直觉将开发,因此,生产成本将英寸稳步下降。我不确定会有一个突破,但肯定有潜力美国本土,完全可再生碳中性液体能源。”
藻类生物燃料
不同的公司和组织,如美国国防部(DOD),一直在调查藻类生产生物燃料的使用在过去的几年中。2009年埃克森美孚,欧文,TX,开始使用合成基因组学公司(SGI)拉霍亚,CA,从光合藻类生物燃料的研究和发展。这两家公司建立了一个大型温室中他们能够成长在真实条件下藻类研究是否藻类生物燃料的大规模发展是可能的。自然和改造了正在研究的藻类品种在不同的温度下,光和营养浓度水平。
伊利诺伊大学香槟分校也被研究藻类生物燃料(搜索10743443)的使用。由兰斯Shideman Yuanhui张,在农业和生物工程系教授(安),研究重点是把猪的粪便,以及藻类,原油。Shideman和张的系统包括第一将猪的粪便转化为原油,然后使用所产生的废水(包含营养素如氮和磷)藻类生长。随着一个可行的生物燃料生产,海藻治疗和净化废水,回收营养和捕捉二氧化碳。
使用藻类生物燃料的好处之一是其快速增长的能力在不同的环境中,包括荒地不适合种植其他作物。它还需要输入很少生长;所有必要的阳光,或另一种形式的能源、水、二氧化碳和一些无机养分。没有多少土地生长的藻类,,进一步增加其使用的好处,作为生物燃料。
研究表明,藻类能够产生大量的燃料。根据藻类生物组织,藻类可以生产2000每年每亩5000加仑的生物燃料。然而,生产藻类生物燃料是昂贵的——大约每桶100美元,相当于每加仑2.41美元的气体泵。进行进一步的研究,找到方法来降低这些成本,尽管,使藻类可负担得起的生物燃料的选择。
水与藻类生物燃料生产也是一个问题。种植藻类需要大量的水,处理一次藻类生长是一个挑战。一些研究人员说,一个可能的解决方案已经收获天然海藻生长在水源。
而更多的适用性和可持续性研究替代燃料是必要的,目前的进步展示他们可能帮助缓解负担放在化石燃料为世界唯一的燃料来源。
