plik


OchrOna ZrOdOwiska i ZasObw naturalnych nr 45, 2010 r. Grzegorz KBosowski*, Dorota Macko*, Dawid Mikulski* ROZWJ METOD BIOTECHNOLOGICZNYCH PRODUKCJI BIOPALIW ZE zRDEB ODNAWIALNYCH DEVELOPMENT OF BIOTECHNOLOGICAL METHODS OF BIOFUELS PRODUCTION FROM RENEWABLE SOURCES SBowa kluczowe: biopaliwa, alkohole wy|sze, mikrodiesel, etanol celulozowy. Key words: biofuels, higher alcohols, microdiesel, cellulosic ethanol. The review showed the current methods of bioethanol production from lignocellulosic bi- omass implemented recently worldwide. According to leading scientific periodicals, new biotechnological concepts were introduced to the production of the liquid biofuels differ- ent from bioethanol (biodiesel, DMF, higher alcohol) acquired from biomass. Biotech- nological concepts based on methods of the microbiological biosynthesis, biocatalysis, genetic engineering as well as methods linking the thermochemical synthesis and bio- catalysis were discussed. Presented methods are on a different grade of the research, and implamantation procedures for the industrial practice. 1. WPROWADZENIE Sukcesywnie wzrastajce zapotrzebowanie na energi prowadzi do przyspieszone- go zmniejszania si zasobw paliw kopalnych. Szacunkowe prognozy wskazuj [Agar- wal 2007, Gilbert, Pearl 2005], |e zasoby paliw konwencjonalnych pozwol na pokry- cie rosncego zapotrzebowania na energi, je|eli chodzi o wgiel kamienny na najbli|- sze 218 lat, o rop naftow  na 41 lat, a gaz ziemny  na 63 lata. Paliwa kopalne za- spokajaj obecnie okoBo 95% zapotrzebowania na energi, ale ich zasoby s ograni- czone. Poszukuje si zatem nowych alternatywnych rozwizaD. Szczeglnie poszuki- * Dr in|. Grzegorz KBosowski, mgr Dorota Macko, mgr Dawid Mikulski  ZakBad Biotechnologii, Instytut Biologii Eksperymentalnej, WydziaB Nauk Przyrodniczych, Uniwersytet Kazimierza Wielkiego w Bydgoszczy, ul. Chodkiewicza 30, 85-064 Bydgoszcz; tel.: 52 341 32 86; e-mail: klosowski@ukw.edu.pl 118 Rozwj metod biotechnologicznych produkcji biopaliw ze zrdeB odnawialnych wane s biopaliwa, bdce w stanie realnie konkurowa z no[nikami konwencjonalny- mi, a jednocze[nie pozbawione ich podstawowych wad, tj. majce charakter odnawial- ny i pozwalajce na ograniczenie negatywnego wpBywu na [rodowisko, w tym nieko- rzystnych zmian klimatycznych [Agarwal 2007; Gilbert, Pearl 2005; DoBgowska 2009]. Biopaliwa nie znajdowaBy szerszego zastosowania i akceptacji spoBecznej ze wzgldu na Batwiejsz dostpno[ paliw kopalnych i do niedawna rwnie| ni|sz ich cen. ze wzgldu na coraz wy|sze koszty eksploatacji nowych zB| te niekorzystne w odniesie- niu do biopaliw proporcje ulegBy zmianie w ostatnich latach. PrzykBadem mo|e by ry- nek brazylijski, gdzie w 2005 r. cena bioetanolu ulegBa zmniejszeniu w stosunku do ceny etyliny, z uwzgldnieniem r|nic w wydajno[ci energetycznej obydwu no[nikw. Wpro- wadzenie alternatywnych zrdeB energii nie oznacza jednocze[nie caBkowitej rezygna- cji z paliw tradycyjnych, przeciwnie  biopaliwa s wprowadzane stopniowo, stanowic niekiedy kilkuprocentow, powoli zwikszajc si domieszk do paliw konwencjonal- nych [Kupczyk 2007]. Ludzko[ od pocztku swego istnienia korzystaBa z odnawialnych zrdeB energii. Od 1840 r. u|ywano alkoholu etylowego jako paliwa do lamp. W roku 1970, gdy nastpiB kry- zys naftowy spowodowany naBo|eniem embarga na rop naftow przez Organizacj Kra- jw Eksportujcych Rop Naftow (OPEC), zaczto stosowa etanol jako dodatek do ben- zyny. Brazylijczycy na szerok skal wykorzystuj etanol jako paliwo od 1925 r. Pierwsze prby komercjalizacji produkcji etanolu z drewna podjto w Niemczech w II poBowie xIx w. Niemcy szybko uprzemysBowili proces produkcji etanolu, uzyskujc a| 50 galonw etanolu z tony odpadw drewnianych. Pierwszy silnik napdzany czystym eta- nolem (1860 r.), skonstruowaB Nicolaus August Otto. SponsorowaBa go firma cukrowni- cza Eugena Langena, ktry zainteresowany byB masow produkcj alkoholu etylowego z przeznaczeniem na paliwo. W 1900 roku dr Rudolf Diesel zasBynB na Wystawie Zwiato- wej w Pary|u prezentujc model silnika napdzanego 100% olejem arachidowym. Diesel byB wizjonerem, uwa|aB, |e wykorzystanie olejw ro[linnych jako paliwa, pomo|e w roz- woju rolnictwa, a w przyszBo[ci bioolej stanie si rwnie znaczcym paliwem jak ropa naf- towa. Po [mierci odkrywcy stworzony przez niego silnik przeksztaBcono na silnik napdza- ny olejem pochodzenia naftowego, nazywanym dzi[  dieslem , a oleje ro[linne stosowa- no jedynie w wyjtkowych sytuacjach. Siedem lat pzniej w Pary|u Henry Ford zaprezen- towaB, na takiej samej wystawie, skonstruowany przez siebie pojazd model  T . WedBug oczekiwaD wynalazcy miaB on by zasilany czystym alkoholem etylowym otrzymywanym z naturalnych produktw, ktry miaB sta si gBwnym paliwem samochodowym [Agarwal 2007, Antoni i in. 2007]. Twrcy wy|ej wymienionych silnikw stworzyli je z my[l o wykorzystaniu biopaliw jako zrdBa energii. Przez wiele lat ze wzgldw ekonomicznych wybierano paliwa pocho- dzenia naftowego. NadszedB jednak czas, gdy znane zasoby paliw kopalnych znacznie zmalaBy, ich ceny wzrosBy, a regulacje prawne dotyczce zmniejszenia emisji gazw cie- 119 Grzegorz KBosowski, Dorota Macko, Dawid Mikulski plarnianych staBy si bardziej rygorystyczne, przez co zaczto wiksz uwag koncentro- wa na wykorzystaniu biopaliw [Czaja, Florek 2005, Demirbas 2005, Krau|lis 2007, Pa- czosa 2004]. Biopaliwem nazywa si staBe, pBynne lub gazowe paliwa produkowane z biomasy, materii organicznej zawartej w |ywych organizmach. zalicza si do niej wszelkie sub- stancje organiczne ro[linne oraz zwierzce, a tak|e produkty pozyskane z ich przetwo- rzenia (rys. 1) [Demirbas 2009, Szeptycki 2007, BudzyDski, Bielski 2004, Leja i in. 2009, Roszkowski IBMER]. Rys. 1. Potencjale zrdBa biomasy [KBosowski i in. 2007] Fig. 1. Potential sources of the biomass [KBosowski i in. 2007] ze wzgldu na odnawialny charakter, biomasa jest surowcem o najwikszym poten- cjale jako no[nik energii. Najbogatszym znanym zrdBem wglowodanw jest lignocelulo- za, podstawowy skBadnik [ciany komrkowej ro[lin, skBadajca si z okoBo 25% ligniny oraz okoBo 75% polimerw wglowodanowych (celulozy i hemicelulozy). Poddajc biomas przemianom biochemicznym, termochemicznym oraz biologicznym uzyskuj si midzy innymi paliwa pBynne i gazowe. Do tej pory biopaliwa byBy wytwarza- ne gBwnie drog fermentacji alkoholowej produktw skrobiowych (etanol), odpadw komu- nalnych, osadw [ciekowych i in. (biogaz), w procesach suchej destylacji drewna (meta- nol), transestryfikacji wy|szych kwasw tBuszczowych (biodiesel). Takie paliwa zalicza si do paliw pierwszej generacji. Obecnie wiksze znaczenie maj trudniej przetwarzalne pro- dukty, jak celuloza oraz bardziej skomplikowane metody biotechnologiczne [Dellomonaco i in. 2010, Hill i in. 2006]. 120 Rozwj metod biotechnologicznych produkcji biopaliw ze zrdeB odnawialnych 2. PODZIAB BIOPALIW 2.1. Metan  komponent biogazu Metan jest obok dwutlenku wgla i maBych ilo[ci innych gazw gBwnym skBadnikiem biogazu. Pozyskiwany jest w drodze beztlenowej fermentacji substancji organicznych. Ist- nieje wiele technologii i typw instalacji do pozyskiwania biogazu. W wielu wypadkach po- wstawanie biogazu jest efektem ubocznym procesu zagospodarowania odpadw. Do pro- dukcji biogazu wykorzystuje si wszelkiego rodzaju materiaBy: odchody zwierzce, frakcj organiczn odpadw komunalnych i przemysBowych (ro[linnych, zwierzcych) oraz caBe ro[liny. Spalanie biogazu nie powoduje niekorzystnych skutkw dla [rodowiska, poniewa| pro- duktami spalania s w tym wypadku woda i dwutlenek wgla. Metan jest zaliczany do ga- zw cieplarnianych, a wic jego zagospodarowanie prowadzi do ograniczenia emisji tych gazw do atmosfery [Antoni i in. 2007]. Brak mo|liwo[ci bezpiecznego transportu biogazu zmusza do wykorzystywania go w miejscach jego produkcji. Wytwarzany lokalnie mo|e zaspokaja potrzeby energetyczne oczyszczalni [ciekw oraz gospodarstw rolnych, przerabiany na energi ciepln (spalanie) oraz elektryczn. Istniej rwnie| rozwizania pozwalajce na wykorzystanie biogazu do napdu pojazdw. Gaz spr|any w stalowych zbiornikach pod ci[nieniem 20 25 MPa nosi nazw CNG (Compressed Natural Gass). Po raz pierwszy wykorzystano go do napdu au- tobusw komunikacji miejskiej w Bernie. 2.2. Estry kwasw tBuszczowych Do niedawna oleje ro[linne i tBuszcze zwierzce postrzegane byBy gBwnie jako skBadni- ki |ywno[ci. Przez dBugi czas pomijano mo|liwo[ ich wykorzystania jako paliwa ze wzgl- du na nisk cen ropy naftowej. Obecnie popularno[ olejw ro[linnych jako no[nika ener- gii sukcesywnie wzrasta. Wysoka lepko[ oraz kompozycja kwasw tBuszczowych wyklucza u|ycie surowego ole- ju jako paliwa. Popraw walorw paliwowych dokonuje si przez rozcieDczanie surowego oleju ro[linnego olejem napdowym pochodzenia naftowego oraz mikroemulgacj z alkoho- lami maBoczsteczkowymi, metanolem, etanolem, propanolem i 1-butanolem, w obecno[ci emulgatora, a tak|e piroliz  kraking termiczny lub transestryfikacj czyli reakcj wymiany glicerolu na maBoczsteczkowy alkohol w obecno[ci katalizatora (kwasu lub zasady), ktrej produktem jest biodiesel. Ten sposb transformacji oleju ro[linnego zaliczany jest do najbar- dziej efektywnych [Agarwal 2007, Antoni i in. 2007, Atsumi i in. 2008, Wackett 2008]. Biodiesel skBada si gBwnie z estrw metylowych kwasw tBuszczowych (FAME  fatty acid methyl esters), gdzie dBugo[ cz[ci kwasowej jest uzale|niona od biologicznej struk- 121 Grzegorz KBosowski, Dorota Macko, Dawid Mikulski tury tBuszczu. TBuszcze do produkcji biodiesla to gBwnie triacyloglicerydy, ktre poddaje si procesowi katalitycznej transestryfikacji metanolem (kataliza chemiczna). PowstaBym pro- duktem s estry metylowe kwasw tBuszczowych, a produktem ubocznym reakcji jest glice- rol [Antoni i in. 2007, Wackett 2008]. Chemiczna transestryfikacja prowadzona przy u|yciu zasady lub kwasu jako katalizatora prowadzi do powstania w bardzo krtkim czasie estrw metylowych z triglicerydw. Wad tak realizowanej transestryfikacji jest energochBonno[. Ponadto pozostaBo[ci katalizatorw, wolnych kwasw tBuszczowych (zmydlanie) oraz woda zakBcajca reakcj musz zosta oddzielone od produktu. Problem, cz[ciowo rozwiza- ny metodami biotechnologicznymi, stanowi zagospodarowanie du|ych ilo[ci gliceryny, kBo- potliwego produktu ubocznego transestryfikacji. Wiele wspomnianych ograniczeD mo|na wyeliminowa przez enzymatyczn transe- stryfikacj prowadzon przy u|yciu lipaz. Transestryfikacja enzymatyczna odbywa si dwu- etapowo. W pierwszej fazie zachodzi rozkBad triglicerydw przy udziale lipazy pochodzenia mikrobiologicznego (Ryzopus oryzae, Candida rugosa, C. antarctica, Mucor miehei, Pseu- domonas capacia, P. fluorescence) na glicerol i wolne kwasy tBuszczowe. PowstaBe wolne kwasy tBuszczowe zostaj caBkowicie przetworzone na estry kwasw tBuszczowych w reakcji z alkoholami (metanol, etanol, propanol, izopropanol, 2-etyl-1-heksanol i in.). GBwny pro- dukt uboczny produkcji biodiesla  glicerol  jest wykorzystywany przy produkcji kosmety- kw. PoBczenie technik katalizy chemicznej oraz enzymatycznej mo|e w znaczcy sposb uBatwi konwersj triglicerydw do estrw alkoholowych, proces ten jest rwnie| bardziej ekonomiczny [Fukuda i in. 2001]. znane s technologie, w ktrych glicerol poddawany jest procesowi fermentacji pro- wadzcej do powstania 1,3-propanediolu, przy u|yciu mikroorganizmw (Klebsiella pneu- moniae, Citrobacter freundii, Clostridium butyricum i Enterobacter agglomerans). Ito i inni [2005], proponuj wykorzystanie glicerolu do produkcji wodoru oraz etanolu. Badany przez nich szczep E. aerogenes HU-101 jest zdolny do przemiany wglowodanw i glicerolu w wodr, etanol, 2,3-butanodiol, mleczan i aceton. Szczep HU-101 produkuje okoBo 0,6 mola etanolu z 1 mola glicerolu, przy st|eniu 10 25 g/L. Bakterie te s zdolne do produkcji wodoru i etanolu nawet w podwy|szonych st|eniach soli (np. chlorku sodu), ktre rwnie| powstaj jako produkt uboczny w transestryfikacji zasadowej [Ito i in. 2005]. Produkcja biodiesla z olejw spo|ywczych (rzepak, soja, sBonecznik) nie nale|y do roz- wizaD korzystnych ze wzgldu na mo|liwo[ wzrostu cen |ywno[ci, a gBwnie zajmowania coraz wikszego areaBu ziem pod upraw tych ro[lin. Paliwem przyszBo[ci mo|e sta si  mikrodiesel , powstajcy dziki rekombinowanym komrkom Eschericha coli. Bakterie te nie s w stanie wytworzy FAME, natomiast produ- kuj estry (triacyloglicerydy, woski). Modyfikowana genetycznie E. coli posiadajca gen wy- izolowany z Acinetobacter baylyi posiada zdolno[ syntezy estrw woskowych. Natomiast transgeneza genem pochodzcym od Zymomonas mobilis umo|liwia produkcj etanolu. Przy udziale acetylotransferazy mo|liwa jest biosynteza estrw etylowych kwasw tBusz- 122 Rozwj metod biotechnologicznych produkcji biopaliw ze zrdeB odnawialnych czowych (mikrodiesel). Komrki musz wzrasta w warunkach tlenowych, w obecno[ci glu- kozy jako zrdBa energii i kwasw tBuszczowych. zmodyfikowane szczepy E. coli s w stanie wytworzy do 26% estrw etylowych kwasw tBuszczowych w suchej masie komrek [Wac- kett 2008, Borowitzka 2008]. Innym rozwizaniem jest mo|liwo[ wykorzystania oleju z alg do produkcji biodiesla. Niektre szczepy alg s w stanie wytworzy wicej oleju w przeliczeniu na hektar ni| ro- [liny oleiste. Istotnie wiksza wydajno[ alg je|eli chodzi o produkcj oleju stwarza mo|- liwo[ produkcji biopaliw bez wykorzystania surowcw spo|ywczych. Tworzenie sztucz- nych upraw na ldzie jest wielkim wyzwaniem technologicznym, dlatego wiele firm skBa- nia si do wykorzystania mrz i oceanw oraz terenw pustynnych o du|ym nasBonecznie- niu do tworzenia plantacji alg. Trwaj rwnie| badania nad stworzeniem reaktorw do ho- dowli alg i mo|liwo[ci wykorzystania ich do produkcji nie tylko biooleju, ale rwnie| etano- lu, metanolu, metanu oraz wodoru [Dellomonaco 2010, Borowitzka 2009, Gross 2008, Re- ijnders 2008]. W roku 2003 firma Solazyme Inc. w USA opracowaBa unikaln technologi wykorzy- stujc algi do produkcji oleju i biomateriaBw w procesie fermentacji. Proces powstawania biooleju z alg (rys. 2) rozpoczyna si od dostarczenia do podBo|a hodowlanego odpadw ro[linnych, promieniowania sBonecznego oraz dwutlenku wgla z atmosfery. W tych warun- kach, odpowiednie szczepy alg przeprowadzaj proces fotosyntezy, zwikszajc intensyw- nie biomas i produkujc rwnolegle olej algowy, ktry mo|e by substratem do produkcji biopaliw i kosmetykw lub wykorzystany do celw spo|ywczych. Opracowana przez firm Solazyme Inc. technologia sprzyja wykorzystaniu biomasy ro[linnej na biopaliwa przy jed- noczesnej redukcji emisji dwutlenku wgla nawet do 95% emisji powstajcej w procesie spalania paliw kopalnych [www.solazyme.com]. Rys. 2. Proces produkcji biooleju (na podstawie materiaBw firmy Solazyme Inc.) Fig. 2. Biooil production process (on the basis of Solazyme Inc. data) 123 Grzegorz KBosowski, Dorota Macko, Dawid Mikulski 2.3. DMF  pochodna heksozy Przy tak wielu technikach produkcji biopaliw zrodziBa si powa|na debata pomidzy zwo- lennikami systemu syntezy termochemicznej (piroliza i kataliza metaliczna) a biotechnologa- mi (biokataliza i synteza mikrobiologiczna) na temat optymalnego sposobu przeksztaBcania biomasy. Shmidt i Dauenhauer [2007] i Roman-Leshkow [2007] przedstawili metod poBcze- nia obydwu procesw, ktrej wynikiem jest powstanie koncepcji produkcji paliwa zwane- go 2,5 dimetylofuranem (DMF). Celem naukowcw byBo otrzymanie z bogatej w wglo- wodany (glukoza, skrobia) biomasy paliwa zawierajcego jak najmniejsz liczb atomw tlenu. Wyzwaniem dla badaczy staBo si znalezienie sposobu na rozbicie dBugich BaDcu- chw wglowodanowych do jednostek sze[ciowglowych, z ktrych jednocze[nie mo|na wyeliminowa atomy tlenu, minimalizujc utrat energii. W fazie wstpnej wykorzystywane s biokatalizatory i rozpoczyna si enzymatyczna degradacja biomasy (gBwnie skrobi) na fragmenty sze[ciowglowe, poBczone z enzymatyczn izomeryzacj glukozy do fruktozy. Dalsze przemiany fruktozy polegaj na selektywnym odBczaniu czsteczek tlenu i mog przebiega w dwch etapach (rys. 3 i rys. 4, C). Rys. 3. Schemat procesu przemiany fruktozy w DMF: R1  reaktor dwufazowy, E1  wyparka (od- parowywanie wody, HCl i wytrcanie NaCl z roztworu zawierajcego HMF), R2  reaktor (odwodornienie HMF do DMF z zastosowaniem katalizatora miedziowego), S1  separa- tor (rozdzielenie produktu DMF od roztworu ekstrakcyjnego) [KBosowski i in. 2007] Fig. 3. Transformation process of the fructose into DMF (R1  biphasic reactor, E1  evaporation of water and HCl from the liquid solvent containing HMF, leading to precipitation of NaCl, R2- hydrogenolysis of HMF to DMF over metallic catalysis, S  separation of the DMF product from the extracting solvent) [KBosowski i in. 2007] 124 Rozwj metod biotechnologicznych produkcji biopaliw ze zrdeB odnawialnych Pierwszy etap prowadzony w reaktorze dwufazowym (zawierajcym katalizator kwa- sowy, cukry i faz ekstrakcyjn) prowadzi do odBczenia trzech atomw tlenu w reakcji od- wodnienia (kataliza kwasowa), z uzyskaniem 5-hydroksymetylofurfuralu (HMF), podlegaj- cego ekstrakcji cigBej w roztworze fazy rozpuszczalnika organicznego (np. 1- lub 2-butano- lu). Drugi etap procesu ma na celu odBczenie dwch atomw tlenu w reakcji dehydrogeni- zacji (odwodornienia z zastosowaniem katalizatora miedziowego) HMF, z powstaniem DMF, oraz produktw po[rednich 2-metyl-5-hydroksymetylofuranu i 2-metylofuranu, charaktery- zujcego si rwnie| doskonaBymi wBa[ciwo[ciami jako paliwo. Selektywne wyBczanie ato- mw tlenu z czsteczki heksozy (np. fruktoza), prowadzce do powstania DMF, nie tylko ob- ni|a temperatur wrzenia, ale rwnie| zmniejsza rozpuszczalno[ w wodzie oraz pozwala osign wiksza liczb oktanow czsteczek zawierajcych jeden atom tlenu [Roman-Le- shkow i in. 2007, Schmidt, Dauenhauer 2007]. Przedstawione na rysunku 4 metody alter- natywne, obejmujce piroliz poBczon z produkcj syntetycznego diesla (rys. 4, A) oraz metoda fermentacji alkoholowej (rys. 4, B) s mniej wydajne pod wzgldem energetycznym lub bardziej czasochBonne. zastpienie etapu biokonwersji cukrw prostych w wyniku fermentacji alkoholowej, przez metod konwencjonalnej katalizy chemicznej sprawia, |e przemiana wglowoda- nw w paliwo staje si setki, a nawet tysice razy szybsza ni| wcze[niej. Technika pro- dukcji 2,5-dimetylofuranu stanowi nowo[ i jest zbyt wcze[nie, aby nazwa DMF pali- wem przyszBo[ci, jednak takie zalety jak hydrofobowo[ i wysoka warto[ energetycz- na skBaniaj do badaD nad rozwojem technologii jego produkcji [Schmidt, Dauenhau- er 2007]. Rys. 4. PrzykBady produkcji biopaliw ze skrobi [Schmidt, Dauenhauer 2007] Fig. 4. Examples of the production of biofuels from starch [Schmidt, Dauenhauer 2007] 125 Grzegorz KBosowski, Dorota Macko, Dawid Mikulski 2.4. Alkohole wy|sze i bioetanol celulozowy Fermentacja alkoholowa jest najstarszym i najlepiej poznanym procesem biotechno- logicznym pozyskiwania bioetanolu. Surowcami wykorzystywanymi w tym procesie niemal zawsze byBy produkty zawierajce skrobi (nasiona zb|, kukurydza, bulwy ziemniaka) lub sacharoz (trzcina cukrowa, buraki cukrowe). Do wad bioetanolu jako paliwa zalicza si hi- groskopijno[, korozje elementw silnikw spalinowych oraz wzrost cen |ywno[ci i pasz [Agarwal 2007, Cardona, Sanchez 2007]. W porwnaniu do tradycyjnych paliw, etanol i wy|sze alkohole posiadaj wiele korzyst- nych cech jako substytuty pochodnych ropy naftowej, ze wzgldu na wiksz energi spa- lania i mniejsz toksyczno[. Dodatkow, rwnie istotn cech alkoholi jest wiksza liczba oktanowa w porwnaniu do liczby oktanowej paliw kopalnych. Wy|sze alkohole, ktre mog potencjalnie stanowi alternatyw dla paliw ropopochodnych, nie s wytwarzane przez mi- kroorganizmy w drodze biologicznej w wystarczajcych ilo[ciach i z zadowalajc wydajno- [ci. Dziki technikom molekularnym i in|ynierii metabolicznej uzyskano du|y postp w po- zyskiwaniu i adaptacji mikroorganizmw do produkcji tych komponentw paliw, z efektyw- no[ci, jakiej nie s w stanie uzyska organizmy niemodyfikowane. Produktami biosyntezy mikrobiologicznej s alkohole C3-C5, estry kwasw tBuszczowych i terpeny. Badania wyko- rzystujce komrki Eschericha coli i Sacharomyces cerevisiae, poddawane modyfikacjom, dowiodBy, |e s one w stanie efektywnie wytwarza wy|sze alkohole z glukozy jako zrdBa wgla. W metodzie tej wykorzystano zachodzc we wszystkich organizmach |ywych wy- soko aktywn drog biosyntezy aminokwasw (droga Erlicha) [Shen, Liao 2008, Connor i in. 2010, Fisher i in. 2008, Erlich 1907]. Atsumi i in. [2008] przedstawili technologi produkcji alkoholi wy|szych jako biopaliw drugiej generacji, przy wykorzystaniu biosyntezy mikrobiologicznej z u|yciem E. coli i S. ce- revisiae. Mikroorganizmy te wybrano, poniewa| szybko zwikszaj biomas, s fakultatyw- nymi beztlenowcami, Batwo poddaj si modyfikacji genetycznej, a metody monitorowania ich hodowli s proste, co uBatwia znacznie aspekty procesowe i produkcj alkoholi na wik- sz skal. Wykorzystano wsplny dla wielu mikroorganizmw szlak metaboliczny biosynte- zy aminokwasw, zwizany z powstawaniem intermediatw w postaci 2-ketokwasw. Po- wstajce ketokwasy zostaj wBczone w cykl dwch ostatnich etapw przemiany metabo- licznej aminokwasw do wy|szych alkoholi na drodze zaproponowanej przez Erlicha [Er- lich 1907]. Przy obecno[ci dekarboksylazy 2-ketokwasowej (KDC  2-keto acid decarboxy- lase), metabolity te ulegaj przemianie do aldehydw, a nastpnie do alkoholi przy udziale dehydrogenazy alkoholowej (ADH  alkohol dehydrogenase). Podczas biosyntezy izoleucy- ny powstaj 2-ketoma[lan i 2-keto-3-metylowalerianian, ktre nastpnie mog zosta prze- ksztaBcone odpowiednio w 1-propanol i 2-metylo-1-butanol. Biosynteza waliny prowadzi do powstania 2-ketoizowalerianianu, bdcego prekursorem izobutanolu, biosynteza leucyny natomiast do powstania 2-keto-4-metylopentanol, z ktrego powstaje 3-metylo-1-butanol. 126 Rozwj metod biotechnologicznych produkcji biopaliw ze zrdeB odnawialnych Podczas biosyntezy fenyloalaniny tworzy si fenylopirogronian, ktry jest prekursorem do wytworzenia 2-fenyloetanolu. Podczas przebiegu biosyntezy norwaliny, bdcej po[rednim produktem podczas biosyntezy leucyny, wytwarzany jest 2-ketowalerianian, z ktrego po- wstaje 1-butanol (rys. 5) [Atsumi i in. 2008, Shen, Liao 2008]. Podczas produkcji alkoholi wy|szych niezbdny jest enzym dekarboksylaza 2-ketokwa- sowa, ktry naturalnie wystpuje w ro[linach, dro|d|ach i grzybach, lecz nie jest wytwarza- ny przez bakterie. Koniecznym enzymem jest rwnie| dehydrogenaza alkoholowa, wyst- pujca powszechnie w wielu organizmach |ywych. Aby umo|liwi E. coli syntez alkoholi wy|szych z zadowalajc wydajno[ci, poddano j modyfikacji genetycznej, wBczajc do komrek geny kodujce KDC pochodzce z innych organizmw (S. cerevisiae, Lactococ- cus lactis, Clostridium acetobulyticum), oraz geny kodujce ADH pochodzce od S. cere- visiae. Przekierowanie szlaku metabolicznego biosyntezy mikrobiologicznej aminokwasw w oparciu o substrat glukozowy na produkcj alkoholi wy|szych pozwala rozszerza spek- trum badaD nad r|nymi gatunkami mikroorganizmw wykorzystywanych do produkcji wy|- szych alkoholi na cele paliwowe [Connor i in. 2010, Fisher i in. 2008, Erlich i in. 1907, Jans- sen 2004, Wen i in. 2009]. Rys. 5. Produkcja alkoholi wy|szych drog syntezy mikrobiologicznej [Atsumi i in. 2008] Fig. 5. Higher alcohols production with synthetic pathway [Atsumi i in. 2008] Najcz[ciej stosowanym biopaliwem ciekBym jest obecnie bioetanol, dotychczas wytwa- rzany gBwnie z surowcw skrobiowych i sacharozy. Nowo opracowane technologie pozwala- j na wykorzystanie biomasy celulozowej do otrzymywania alkoholu etylowego. Technologia produkcji etanolu z biomasy zawierajcej celuloz wzbudziBa du|e zainteresowanie w [rodo- wisku naukowym. Wiele pomysBw udoskonalenia procesu przetwarzania surowca celulozo- 127 Grzegorz KBosowski, Dorota Macko, Dawid Mikulski wego w celu jego wykorzystania w procesie fermentacji znalazBo zastosowanie w powstaBych niedawno korporacjach, zajmujcych si komercyjn produkcj bioetanolu z celulozy [Chun- dawat i in. 2008, Evans 2009, Peralta-Yahya i in. 2008, Rubin 2008, Wheals i in. 1999]. Etanol celulozowy jest biopaliwem wytwarzanym z drewna, traw lub niejadalnych cz- [ci ro[lin (sBoma zb|, Bodygi kukurydzy itp.). Polisacharydy zawarte w [cianie komrko- wej ro[lin (celuloza i hemiceluloza) mog posBu|y jako substrat do produkcji etanolu, po wcze[niejszym rozbiciu ich na cukry proste. Proces ten znacznie utrudnia lignina, tworz- ca kompleksy z molekuBami celulozowymi. znane s dwie podstawowe technologie pro- dukcji etanolu z celulozy: 1) biotechnologiczne, 2) chemiczne. Metody biotechnologiczne polegaj na hydrolizie przygotowanego wcze[niej materia- Bu lignocelulozowego na cukry proste (picio-, sze[ciowglowe) przy u|yciu enzymw ce- lulolitycznych (pozyskiwanych z genetycznie modyfikowanych organizmw) lub kwasw, a nastpnie kolejno na stosowaniu fermentacji i destylacji. Metody chemiczne obejmu- j gazyfikacj, proces przeksztaBcajcy surowiec lignocelulozowy w gazowy tlenek wgla i wodr, ktry mo|e zosta wykorzystany do syntezy biopaliwa z zastosowaniem klasycz- nej katalizy chemicznej lub biosyntezy etanolu, a nastpnie destylacji. Proces biologicznej przemiany celulozy w alkohol etylowy przebiega w piciu etapach. Pierwszy etap to pro- ces fizyczny lub chemiczny (ang. pretreatment), majcy na celu przygotowanie materiaBu do dalszej hydrolizy. Obejmuje on oczyszczenie i rozdrobnienie surowca, obrbk baroter- miczn par wodn skojarzon niekiedy z obrbk chemiczn, majc na celu przygoto- wanie surowca do fazy hydrolizy enzymatycznej. Drugi etap polega na hydrolizie enzyma- tycznej wcze[niej przygotowanego materiaBu i obejmuje oddzielenie ligniny od kompleksu z celuloz, a nastpnie rozbiciu BaDcuchw celulozy na cukry proste. W kolejnym, trzecim etapie nastpuje rozdzielenie substancji zbdnych od roztworu cukrw, w szczeglno[ci ligniny (wykorzystywanej jako paliwo do wytwarzania pary na etapie wstpnym). Czwarty etap obejmuje proces fermentacji cukrw z wykorzystaniem mikroorganizmw (najcz[ciej modyfikowanych genetycznie) zdolnych przetwarza cukry zarwno picio-, jak i sze[cio- wglowe [Tengborg i in. 2001, Weng i in. 2008, www.iogen.com]. Proces technologiczny koDczy destylacja powstaBej mieszaniny, dajca okoBo 95-procentowy etanol, ktry nastp- nie zostaje odwodniony najcz[ciej za pomoc sit molekularnych, co zat|a produkt do 99,7%, czyli do poziomu wymaganego dla bioetanolu paliwowego [PKN 1999]. Firma Iogen Corporation prowadzi produkcj etanolu celulozowego, powstajcego z przerobu biomasy celulozowej, przy u|yciu kombinacji metod barotermicznych, che- micznych i biologicznych (rys. 6). Wydajno[ osigana z 1 tony wBkien celulozowych wynosi ponad 340 litrw etanolu. Pozostajca jako produkt uboczny procesu lignina jest zu|ywana do wytwarzania pary i energii elektrycznej, w procesie technologicznym nie s wic potrzebne inne zrdBa energii, jak wgiel kamienny lub gaz ziemny. 128 Rozwj metod biotechnologicznych produkcji biopaliw ze zrdeB odnawialnych Rys. 6. Proces produkcji alkoholu etylowego przez firm Iogen Corporation Fig. 6. Ethyl alcohol production pathway according to Iogen Corporation Technologie firmy Iogen Corporation wykorzystuj skuteczne oraz wydajne enzymy z grupy celulaz, pozyskiwane ze szczepw Trichoderma reesei. Enzymy celulolityczne wprowadzane s ju| na etapie przygotowania biomasy (rys. 6). Penetracja struktury ligno- celulozowej przez enzymy wspomagana jest przez odpowiednio zmodyfikowany proces pa- rowania (ang. steam explosion). Dziki temu znacznie zwikszono wydajno[ oraz zredu- kowano koszty procesu. Hydroliza enzymatyczna zachodzi w reaktorach, ktre zwikszaj szybko[ degradacji celulozy do cukrw prostych, a sam proces ma charakter wieloetapo- wy. Fermentacja odbywa si przy udziale specjalnie wyselekcjonowanych szczepw drob- noustrojw, przetwarzajcych zarwno cukry C5 jak i C6 w etanol [www.iogen.com]. Inny potentat na rynku bioetanolu celulozowego  firma BlueFire Ethanol Inc. (USA)  wykorzystaBa do produkcji alkoholu etylowego znan od setek lat wBa[ciwo[ kwasw, sku- tecznie hydrolizujcych czsteczki celulozy do cukrw prostych (rys. 7). Rys. 7. Proces produkcji alkoholu etylowego firmy BlueFire Ethanol Inc., z wykorzystaniem kwa- su siarkowego do hydrolizy biomasy celulozowej Fig. 7. Process of the cellulose bioethanol production by the BlueFire Ethanol Inc., with sulphuric acid use in biomass hydrolysis process 129 Grzegorz KBosowski, Dorota Macko, Dawid Mikulski Proces ten jest wydajny, jednak problem stanowi wyeliminowanie kwasu siarkowego z roztworu cukrw, poniewa| dziaBa on hamujco na proces fermentacji. Naukowcy firmy rozwizali problem przez zastosowanie metod chromatografii do odseparowania z miesza- niny substancji zbdnych po zakoDczonej hydrolizie. Technologia wymiany jonowej pozwa- la rozdzieli substancje bez konieczno[ci rozcieDczania roztworu cukrw. PozostaBa w mie- szaninie niewielka ilo[ kwasu siarkowego zostaje usunita w reakcji z wapniem, tworzc gips nierozpuszczalny w wodzie, a wic Batwy do usunicia. Technologia ta pozwala na otrzymanie czystej mieszaniny cukrw C5 i C6, gotowych do fermentacji alkoholowej. za- rwno proces fermentacji, jak i destylacja, odbywaj si metodami tradycyjnymi. Dro|d|e wykorzystane do fermentacji s po przeprowadzeniu procesu separowane przez wirowa- nie i wykorzystywane ponownie w procesie fermentacji. Otrzymywanie bioetanolu odbywa si w drodze destylacji zacieru odfermentowanego i odwodniania otrzymanego etanolu na sitach molekularnych. Wolny od dro|d|y wywar podestylacyjny zawierajcy midzy innymi wod i frakcje staBe (m.in. pentozy) zostaje zawrcony i ponownie wykorzystany do produk- cji etanolu. Otrzymany produkt jest wykorzystywany jako biopaliwo drugiej generacji [www. bluefire.com]. Kolejn interesujc koncepcj wykorzystania odnawialnych zrdeB energii jest techno- logia firmy Coskata Inc. W procesie przetwarzania surowca lignocelulozowego wykorzystu- je si znan technologi gazyfikacji. Rys. 8. Proces produkcji etanolu firmy Coskata Inc., z wykorzystaniem poBczonych technologii gazyfikacji i konwersji przy udziale bakterii Fig. 8. The Coskata Inc. ethanol production process, with gasification technology, and conver- sion with bacteria use Gazyfikacja w przeciwieDstwie do hydrolizy nie jest procesem chemicznego rozkBadu celulozy. zamiast rozbija czsteczk na cukry proste surowiec zostaje przetworzony w gaz syntetyczny, bdcy mieszank tlenku wgla i wodoru. zamiast fermentacji lub konwersji 130 Rozwj metod biotechnologicznych produkcji biopaliw ze zrdeB odnawialnych termochemicznej, pompuje si gaz do reaktora zawierajcego bakterie, ktre wykorzystuj go jako substrat, produkujc etanol (rys. 8). Bakterie s w stanie wytworzy nawet 99,7-pro- cenotwy etanol. zarwno gazyfikacja, jak i konwersja za pomoc bakterii, to procesy znane od dawna, jednak firma Coskata Inc. jako pierwsza poBczyBa oba procesy. Przedstawiciele firmy zapewniaj, |e z jednej tony biomasy mo|na uzyska wicej etanolu (ponad 100 ga- lonw z 1 tony suchej masy surowca) ni| przy fermentacji kukurydzy, przy jednoczesnym mniejszym zu|yciu wody, energii, pary i redukcji kosztw staBych [www.coskata.com]. Do tej pory klasyczne technologie produkcji etanolu opieraBy si na tradycyjnych tech- nikach hydrolizy enzymatycznej i fermentacji cukrw, przy udziale dro|d|y Sacharomyces cerevisiae. Proces zachodziB wewntrz komrek wytwarzajcych enzymy, dekarboksylaz pirogronianow i dehydrogenaz alkoholow. Taylor i in. [2009] porwnali r|ne gatunki bakterii termofilnych, ktre s w stanie wy- tworzy etanol. Szukano szczepw termofilnych, zdolnych fermentowa nie tylko pento- zy i heksozy, ale rwnie| struktury polimeryczne, jak celuloza. Szczepy te powinna tak|e charakteryzowa szeroka tolerancja na zmiany pH, temperatury, oraz innych warunkw fi- zykochemicznych [rodowiska. Przeanalizowano bakterie z rodzaju Clostridium, zaliczane do termofilnych organizmw anaerobowych, wytwarzajcych etanol i inne zwizki. Cech charakterystyczn tych drobnoustrojw jest zdolno[ fermentowania celulozy przy u|yciu enzymw endo--glukanazy, egzoglukanazy, fosforylazy celobiozowej, fosforylazy celodek- strynowej i -glukozydazy. Enzymy te wystpuj czsto wewntrz komrki, w kompleksie zwanym celulosomem. Najlepiej poznanym gatunkiem jest ekstremofilny C. thermocellum. Dowiedziono, |e gatunek ten jest w stanie fermentowa celuloz, celobioz i wiele innych wglowodanw. Charakteryzuje go rwnie| szerokie spektrum tolerancji substratu, mo|e wzrasta na celulozie, celobiozie, ksylooligomerach, tak samo jak na glukozie, fruktozie i ksylozie. Lu i inni dowiedli, |e proces prowadzony przez C. thermocellum jest bardziej efektywny ni| proces scukrzania i fermentacji [Durrant i in. 1991, Lu i in. 2006, Taylor i in. 2009]. Dro|d|e S. cerevisiae nie s w stanie samodzielnie utylizowa ksylozy. Wyodrbniony z Thermus thermophilus i Piromyces sp. E2 gen xyl A zostaB wszczepiony do komrek dro|- d|y, co umo|liwiBo im przemian ksylozy i ksylulozy w etanol, z efektywno[ci 0,42g na g ksylozy. Szczep S. cerevisiae poddano rwnie| rekombinacji, wszczepiajc do niego geny xyl1 i xyl2, pochodzce od dro|d|y Pichia stipilis, naturalnie fermentujcych ksyloz. Obci- |enie komrek spowodowane przemian ksylozy i ksylulozy powodowaBo brak rwnowagi w ilo[ci zwizkw redukujcych (gromadzenie si NADPH i nadmierne zu|ywanie NADH) w komrce. Podczas dalszej rekombinacji usunito geny GDH1 (odpowiedzialne za produk- cj NADPH) i zwikszono ekspresj genw GDH2 (odpowiedzialnego za produkcj NADH). Rezultatem zmian byBa 44-procentowa redukcja gromadzenia ksylitolu oraz 16-procentowy wzrost produkcji etanolu. Analizy wykazaBy, |e modyfikacja zmieniBa zrdBo dziaBania reduk- tazy ksylolowej (xR) z NADPH na NADH [Dellomonaco 2010]. 131 Grzegorz KBosowski, Dorota Macko, Dawid Mikulski Arabinoza jest kolejnym 5-wglowym cukrem pozyskiwanym w wyniku hydrolizy ligno- celulozy. W przyrodzie istniej dwie mo|liwo[ci utylizacji tego cukru, za pomoc bakterii oraz grzybw. Geny pochodzce z obu organizmw wszczepiono do komrek S. cerevi- siae. Komrki dro|d|owe rwnie| wzbogacono o zdolno[ utylizacji arabinozy. Gen prze- niesiony z Lactobacillus plantarum koduje nieutleniajce enzymy PPP. W rezultacie dro|- d|e byBy w stanie wyprodukowa do 0,29g etanolu na gram arabinozy w cigu godziny [Del- lomonaco 2010]. Bakterie z rodzaju E. coli posiadaj zdolno[ utylizacji wielu substratw organicznych, wBczajc wszystkie cukry lignocelulozowe (glukoz, ksyloz, arabinoz, mannoz, galak- toz). Rozwj bakterii zachodzi mo|e zarwno w warunkach tlenowych, jak i beztleno- wych, bakterie s zatem w stanie przeprowadza proces fermentacji. Produktami metabo- lizmu bakterii s obok etanolu kwasy mlekowy, octowy, mrwkowy oraz bursztynowy. zmi- nimalizowanie wytwarzania produktw ubocznych i zwikszenie produkcji alkoholu staBo si mo|liwe przez wBczenie plazmidu (geny pdc i adhB) pobranego z komrek Zymomo- nas mobili. Wskutek modyfikacji udaBo si uzyska st|enia alkoholu do 95% [Kessler i in. 1991, Igram i in. 1987]. Bakterie Zymomonas mobilis s kolejnym, przykBadem dobrze poznanych mikroorga- nizmw, zdolnych wytworzy alkohol etylowy z glukozy i sacharozy. Aby umo|liwi tym or- ganizmom wykorzystanie pentoz rwnie| jako substratw pokarmowych wszczepiono im geny pochodzce z E. coli. zmodyfikowany szczep Z. mobilis CP4 (p.zB5), z genami ko- dujcymi izomeraz ksylozow, transketolaz oraz transaldolaz utylizujc ksyloz, byB w stanie wytworzy etanol o st|eniu do 86%. Podobnie metabolizm arabinozy przenie- siony do komrek szczepu ATCC39676 (p. zB206) Z. mobilis przez ekspresj genu ara- ABD kodujcego izomeraz L-arabinozow, kinaz L-rybulozy i epimeraz rybulozo 5-fos- foranu, skutkowaB uzyskaniem 98-procentowego st|enia alkoholu etylowego [zhang i in. 1995, Deana i in. 1996]. 3. PODSUMOWANIE Biorc pod uwag ograniczone zasoby konwencjonalnych no[nikw energii, jak rw- nie| ich rosnce zu|ycie, rozwj metod biotechnologicznych pozyskiwania biopaliw ze zr- deB odnawialnych, wydaje si by jednym z interesujcych rozwizaD alternatywnych za- spokojenia cz[ci potrzeb energetycznych. Technologie te z zaBo|enia s przyjazne dla [ro- dowiska w wielu aspektach, w tym zwizanych ze skBadem spalin, jak rwnie| nie generuj uci|liwych odpadw lub s bezodpadowe oraz cechuje je korzystny bilans emisji dwutlen- ku wgla w zwizku z wykorzystaniem biomasy jako podstawowego surowca. zaprezentowane najnowsze koncepcje technologiczne wykorzystujce biomas ce- lulozow pozwalaj ograniczy obawy zwizane ze wzrostem cen produktw |ywno[cio- wych i pasz, na co zwracano uwag przy masowym wykorzystaniu surowcw skrobiowych 132 Rozwj metod biotechnologicznych produkcji biopaliw ze zrdeB odnawialnych do produkcji bioetanolu. Biopaliwa nowej generacji s ponadto pozbawione wad cechuj- cych bioetanol, takich jak higroskopijno[, korozja elementw silnikw spalinowych i pro- blemy z zapBonem w niskich temperaturach. Niektre z prezentowanych rozwizaD s wdro|one na skal przemysBow, inne znaj- duj si w fazie koncepcyjnej i wymagaj dodatkowych badaD w celu wyja[nienia wszyst- kich aspektw [rodowiskowych i toksykologicznych pozyskiwanych biopaliw (np. DMF) oraz opracowania technologii produkcji w skali przemysBowej. PIZMIENNICTWO AGARWAL A.K. 2007. Biofuels (alcohols and biodiesel) applications as fuels for internal combustion engines. Prog. Energ. Combust. 33 (3): 233 271. ANTONI D., zVERLOV V.V., SCHWARz W.H. 2007. Biofuels from microbes. Appl. Micro- biol. Biot. 77 (1): 23 35. ATSUMI S., HANAI T., LIAO J.C. 2008. Non fermentative pathways for synthesis of branched- chain higher alcohols as biofuels. Nature 451: 86 89. BOROWITzKA M.A. 2008. Marine and halophilic algae for the production of biofuels. Journal Biotechnol. 136 (S1): 7. BUDzYDSKI W., BIELSKI S. 2004. Surowce energetyczne pochodzenia rolniczego cz. I. Biokomponenty paliw pBynnych. Acta Sci. Pol., Agricultura 3(2): 5 14. CARDONA C.A., SANCHEz .J. 2007. Fuel ethanol production: Process design trends and integration opportunities. Bioresource Technol. 98: 2415 2457. CHUNDAWAT S.P.S., BALAN V., DALE B.E. 2008. High-throughput microplate technique for enzymatic hydrolysis of lignocellulosic biomass. Biotechnol. Bioeng. 99(6): 1281 1294. CONNOR M.R., CANN F. A., LIAO J.C. 2010. 3-Methyl-1-butanol production in Escherich- ia coli: random mutagenesis and two-phase fermentation. Applied Microbial and Cell Physiology 86(4): 1155 1164. CzAJA M., FLOREK A. 2005. Biopaliwa  pokarm czy opaB. Nauka i technika 1: 5 8. DEANA K, HANG M., EDDY C., PICATAGGIO S. 1996. Development of an arabinose-fer- menting zymomonas mobilis strain by metabolic pathway engineering. Appl. Environ. Microbiol. 62(12): 4465 70. DELLOMONACO C., FAVA F., GONzALEz R. 2010. The path to next generation biofuels: successes and challenges in the era of synthetic biology. Microb Cell Fact 9(3): 1 15. DEMIRBAS A. 2005. Bioethanol from cellulosic materials: a renewable motor fuel from bio- mass. Energ. Source 27: 327 337. DEMIRBAS M. F. 2009. Biorefineries for biofuel upgrading: a critical review. Appl. Energ. 86(1): 151 161. DOBGOWSKA S. 2009. Biopaliwa  krok ku zrwnowa|onemu rozwojowi. Problemy Eko- rozwoju 4(1): 117 121. 133 Grzegorz KBosowski, Dorota Macko, Dawid Mikulski DURRANT A.J., HALL J., HAzLEWOOD G.P., GILBERT H.J. 1991. The non-catalytic C-ter- minal region of endoglucanase E from Clostridium thermocellum contains a cellulose- binding domain. Biochem. Journal 273 (Pt 2): 289 293. ERLICH F. 1907 ber die Bedingungen der Fusellbildung und ber ihren zusammenhang mit dem Eiwaissaufbau der Hefe. Berichte Deutsch Chem Gesellschaft 40: 1027 1047. Etanol absolutny. PN-A-79521:1999, ISBN: 83-236-3013-5, ICS: 71.080.60-Alkohole. Etery. 1999. Polski Komitet Normalizacyjny, Warszawa. EVANS J. 2009. Cellulosic ethanol. Biofuel. Bioprod. Bior. 3/111. FISHER C.R., KLEIN-MARCUSCHAMER D., STEPHANOPOULUS G. 2008. Selection and optimization of microbial hosts for biofuels production. Metab. Eng. 10(6): 295 304. FUKUDA H., KONDO A., NODA H. 2001. Biodiesel fuel production by transesterification of oils. Journal Biosci. Bioeng. 92(5): 405 416. GILBERT R., PEARL A. 2005. Energy and transport futures. Prepared for the National Round Table on the Environment and the Economy. University of Calgary 1 96. GROSS M. 2008. Algal biofuel hopes. Curr Biol. 18(2): 46 47. HILL J., NELSON E., TILMAN D., POLASKY S., TIFFANY D. 2006. Environmental, econom- ic, and energetic costs and benefits of biodiesel and ethanol biofuels. PNAS 103(30): 11206 11210. IGRAM L.O., CONWAY T., CLARK D.P., SEWELL G.W., PRESTON J.F. 1987. Genetic en- gineering of ethanol production in Escherichia coli. Appl. Environ. Microbiol. 53(10): 2420 2425. ITO T., NAKASHIMADA Y., SENBA K., MATSUI T., NISHIO N. 2005. Hydrogen and ethanol production from glycerol-containing wastes discharged after biodiesel manufacturing process. Journal Biosci. Bioeng. 100(3): 260 265. JANSSEN P.H. 2004. Propanol as an end product of threonine fermentation. Arch. Micro- biol. 182(6): 482 486. KESSLER D., LEIBRECHT I., KNAPPE J. 1991. Pyruvate-formate-lyase-deactivase and acetyl CoA reductase activates of Escherichia coli reside on polymeric protein particle encoded by adhE. Febs. Lett. 281(1 2): 59 63. KRAU{LIS M. 2007. Rynek bioetanolu i jego rozwj w Unii Europejskiej. zeszyty Naukowe SGGW w Warszawie, seria: Problemy Rolnictwa Zwiatowego tom 2 (xVII). KUPCzYK A. 2007. Stan obecny i perspektywy wykorzystania biopaliw transportowych w Polsce na tle UE. Cz[ II. Wybrane aspekty zasobowe, techniczno-technologiczne i ekologiczne. Energetyka i Ekologia 2: 131 137. LEJA K., LEWANDOWICz G., GRAJEK W. 2009. Produkcja bioetanolu z surowcw celulo- zowych. Biotechnologia 4(87): 88 101. LU Y., zHANG Y. H., LYND L.R. 2006. Enzyme  microbe synergy during cellulose hydroly- sis by Clostridium thermocellum. The Proceedings of the National Academy of Sciences USA 103(44): 16165 16169. 134 Rozwj metod biotechnologicznych produkcji biopaliw ze zrdeB odnawialnych PACzOSA A. 2004. zwikszenie wykorzystania biopaliw jako jeden z priorytetw  Strategii rozwoju energetyki odnawialnej . Ministerstwo Zrodowiska, Warszawa. PERALTA-YAHYA P., CARTER B.T., LIN H., TAO H., CORNISH V.W. 2008. High-throughput selection for cellulase catalysts using chemical complementation. Journal Am. Chem. Soc. 130(51): 17446 17452. REIJNDERS L. 2008. Do biofuels from microalgae beat biofuels from terrestrial plants? Trends Biotechnol 26(7): 349 350. ROMAN-LESHKOW Y., BARRET C.J., LIU z.Y., DUMESIC J.A. 2007. Production of dimethyl- furfuran for liquid fuels from biomass-derived carbohydrates. Nature 447: 982 986. ROSzKOWSKI A. Perspektywy wykorzystania biomasy jako zrdBa paliw silnikowych. IBMER w Warszawie. RUBIN E.M. 2008. Genomics of cellulosic biofuels. Nature 454(14): 841 845. SCHMIDT L.D., DAUENHAUER P.J. 2007. Hybrid Routes to biofuels. Nature 447: 914 915. SHEN C.R., LIAO J.C. 2008. Metabolic engineering of Escherichia coli for 1-butanol and1- propanol production via the keto-acid pathways. Metab. Eng. 10(6): 312 320. SzEPTYCKI A. 2007. Biopaliwa  zalecenia UE, potrzeby, realne mo|liwo[ci produkcji. In|ynieria Rolnicza 7(95): 201 206. TAYLOR M.P., ELEY K.L., MARTIN S., TUFFIN M.I., BURTON S.G., COWAN D.A. 2009. Thermophilic ethanologenesis: future prospects for second-generation bioethanol pro- duction. Trends Biotechnol. 27(7): 398 405. TENGBORG C., GABLE M., zACCHI G. 2001. Reduced inhibition of enzymatic hydrolysis of steam-pretreated softwood. Enzyme Microb. Tech. 28: 835 844. WACKETT L.P. 2008. Biomass to fuels via microbial transformations. Curr Opin. Chem. Biol. 12(2): 187 193. WEN F., NAIR N. U., zHAO H. 2009. Protein engineering in designing tailored enzymes and microorganisms for biofuels production. Curr Opin Biotech 20(4): 412 419. WENG J-K., LI x., BONAWITz N.D., CHAPPLE C. 2008. Emerging strategies of lignin en- gineering and degradation for cellulosic biofuel production. Curr Opin. Biotech. 19(2): 166 172. WHEALS A.E., BASSO L.C., ALVES D.M.G., AMORIM H.V. 1999. Fuel ethanol after 25 years. Focus 17(12): 482 487. www.bluefire.com www.coskata.com www.iogen.ca www.solazyme.com zHANG M., EDDY C., DEANDA K., FINKESTEIN M., PICATAGGIO S. 1995. Metabolic en- gineering of a pentose metabolism pathway in ethanologenic Zymomonas mobilis. Sci- ence 267(5195): 240 243. 135

Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
Bioogniwa paliwowe
Ogniwa paliwowe w układach energetycznych małej mocy
05 Paliwo SG
Paliwo jądrowe Przerób wypalonego paliwa
DEMONTAŻ MONTAŻ POMPA PALIWOWA WYSOKIEGO CIŚNIENIA BOSCH(1)
Budowa i działanie układów paliwowych silników o ZI
1 Gospodarka paliwowa ec
Mikrobiologiczne ogniwa paliwowe przetwarzające ścieki organiczne bezpośrednio w elektryczność
Kotły na paliwo stałe Nr 1
Paliwo 95 vs paliwo 98 [PL]
Ogniwo paliwowe zasilane?zpośrednio metanolem
WYSOKOWYDAJNY IMPLOZYJNY UKŁAD PALIWOWY

więcej podobnych podstron