作者:Jay Keasling 来源:《焦耳》 发布时间:2022/7/4 21:34:53
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细菌助力制造航空燃料

 

飞机用于运送人员、运输货物和执行军事行动,但提供动力的化石燃料供应短缺。近日,研究人员发现了一种产生替代航空燃料的方法,即收集土壤中常见细菌代谢过程产生的一种不同寻常的碳分子。相关论文近日发表于《焦耳》杂志。

“在化学中,所有需要能量来制造的东西,破裂时会释放能量。”论文主要作者、丹麦技术大学微生物学家Pablo Cruz-Morales说。当航空燃料被点燃时,它会释放出巨大的能量,科学家们认为,一定有一种方法可以复制这一过程,而不是只有借助等待数百万年才能形成的化石燃料。

美国加州大学伯克利分校化学工程师Jay Keasling找到了当时在其实验室做博士后的Cruz-Morales,想看看他能否合成一种复杂的分子,这种分子有可能产生大量能量。“Keasling告诉我,这将是一个爆炸性的想法。”Cruz-Morales说。

Keasling想要重建的分子被称为Jawsamycin,以电影《大白鲨》(Jaws)的名字命名,因为它有咬痕状的压痕,是由常见的细菌链霉菌创造的,Cruz-Morales过去曾研究过这种微生物。

“自然界已经存在这种秘诀。”锯齿状分子是细菌在咀嚼葡萄糖时产生的。“当它们吃糖或氨基酸时,它们会将其分解并转化为构建碳-碳键的基石。”Cruz-Morales说,“你体内的脂肪也是以同样方式产生的,但这种细菌过程有一些非常有趣的变化。”

使分子具有爆燃特性的是环丙烷环的结合——3个碳原子环呈三角形排列。“如果你有一个正常角度的键,一个开放的碳链,碳可以是灵活的,它们会变得舒适。”Cruz-Morales解释说,“假设你把它们做成一个6个碳的环,它们仍然可以移动。但三角形会使化学键弯曲,而这种张力需要能量才能产生。”

经过仔细分析,该团队确定,这些负责构建高能环丙烷分子的酶是聚酮合酶。“聚酮合酶是制造有机化学的终极生物工具。”Cruz-Morales说。

Cruz-Morales解释说,细菌产生燃料的工作原理很像生物柴油。需要对其进行处理,使其燃点低于燃烧脂肪酸所需的温度,但点燃后,其威力将足以将一枚火箭送入太空。“如果我们能用生物技术制造这种燃料,就无需用石油来制造了。”Cruz-Morales说,“这为可持续发展提供了可能。”

在未来,Cruz-Morales和同事希望能够扩大这个过程,这样他们的替代燃料就能真正用于航空领域。“现在的问题是化石燃料是有补贴的。”Cruz-Morales说,“你可以把新技术看作是在当下做的准备,因为我们将耗尽化石燃料,而在不远的将来,我们将需要替代解决方案。”(来源:中国科学报 冯维维)

相关论文信息:https://doi.org/10.1016/j.joule.2022.05.011

 
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