Grzyby okażą się być kluczem do rozwoju biopaliw? Czym jest mycodiesel?
Grzała
Komórka roślinna składa się z trzech składników, które mają wpływ na produkcję biopaliwa. Jest to celuloza, hemiceluloza i lignina. Jednak to dwie pierwsze substancje to to, co należy pozyskać, natomiast lignina stanowi przeszkodę, którą należy pokonać. Najnowsze badania przeprowadzone przez grupę badaczy z Uniwersytetu z Santa Barbara w Kalifornii pokazują, jak rozwiązać ten problem. Zacznijmy jednak od podstaw: czym tak właściwie jest lignina? Jakie możliwości otworzą się przed sektorem biopaliw? Co mają z tym wspólnego grzyby?
Lignina to organiczny związek chemiczny, biopolimer, który buduje ścianę komórkową roślin. To dzięki niej łodygi, kora i gałęzie przybierają charakterystyczną, sztywną i twardą strukturę. Ten polimer skutecznie chroni roślinne włókna, które mogłyby zostać przetworzone na biopaliwo. Podstawowym problemem jego wytworzenia jest jednak rozkład tej sztywnej, ligninowej powłoki. Proces rozkładu ligniny jest dobrze znany - zachodzi bowiem w układzie trawiennym dużych roślinożerców. Jak dotąd nie powtórzono tego procesu w warunkach beztlenowych. Jednak zespół prowadzony przez profesor Michelle O’Malley udowodnił, że grupa beztlenowych grzybów świetnie radzi sobie z rozkładem tego polimeru. Jak wiadomo, oddzielenie ligniny od komórki roślinnej jest możliwe także w warunkach tlenowych - jako przykład może tu posłużyć butwiejące drewno. Jest to jednak proces bardzo powolny i nie może być efektywnie wykorzystywany w produkcji biopaliw.
Przełomowe odkrycie naukowców
Badacze hodowali beztlenowe grzyby na trzech rodzajach nieobrobionej wcześniej biomasy: topoli, sorgo i proso. Wybór padł na te rośliny, ponieważ Departament Energii Stanów Zjednoczonych uznał je za potencjalny surowiec w kontekście produkcji biopaliw. Obserwacja wzrostu grzybów na coraz to twardszych roślinach jednoznacznie pokazała, że powodują one pękanie ich ścian komórkowych. Jest to odkrycie ważne głównie ze względu na możliwość rozwinięcia bardziej wydajnego i szybszego sposobu na produkcję biopaliw. To pozwoli również na wykorzystanie w energetyce odpadów roślinnych, które jak dotąd nie były przetwarzane na paliwo.
Szerokie zastosowanie grzybów w produkcji biopaliw
Powyższy przykład to nie jedyna sytuacja, gdy grzyby posłużyły do produkcji biopaliw. Holoceluloza to substancja węglowodanowa, która obejmuje celulozę i hemicelulozę, czyli wszystkie węglowodanowe składniki drewna, od najmniejszego do największego stopnia polimeryzacji. Holocelulozę, która buduje tkankę roślinną, można rozłożyć na cukry proste, takie jak glukoza, która jest z kolei poddawana fermentacji w celu produkcji bioetanolu. Rozkład polimerów glukozy w cukry, które ulegają fermentacji jest możliwe dzięki enzymom wytwarzanym przez specjalną odmianę grzybów.
Dodatkowo organizmy te są używane w produkcji biodiesla, oraz bezpośrednio w powstawaniu mycodiesla, gdyż niektóre grzyby rosnące na odpadach rolniczych wytwarzają lotne związki organiczne o właściwościach podobnych do węglowodorów.
Obecnie największą przeszkodą w rozpoczęciu wytwarzania biopaliw za pomocą grzybów jest niedostatek badań na ten temat. Przykładowo, pomysł na produkcję mycodiesla sięga 2008 roku, jednak brak jest opracowań, które w szczegółowy sposób omawiają zastosowanie tej techniki w masowej produkcji. Jednak badacze z Santa Barbara pod kierownictwem profesor O’Malley nie zaprzestaną swoich prac - teraz ich celem jest dokładne opisanie, w jaki sposób beztlenowe grzyby są w stanie rozkładać ligninę.
Źródła: jgi.doe.gov, Renewable Energy Magazine,
- Campos Antonieto A. C. i in.“Engineering of holocellulase in biomass-degrading fungi for sustainable biofuel production”, Journal of Cleaner Production, vol. 371, 2022
- O’Malley M. i in. “Lignin deconstruction by anaerobic fungi”, Nature Microbiology, vol. 8, str. 596–610, 2023
- Strobel G. “The story of mycodiesel”, Microbiology, vol. 19, str. 52-58, 2014
Zdjęcie główne: Fine Art America.
Materiał został przygotowany przez Koło Naukowe Odnawialnych Źródeł Energii “Grzała”
Katarzyna Dubiel
