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利用转基因细菌合成高能生物燃料

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在需要最小化燃料重量时,高能燃料非常重要。有一种从树木中提炼的化合物蒎烯,经二聚化后生成蒎烯二聚体,已证明其能量密度和航空燃料 JP-10 相当。佐治亚理工学院与联合生物能源研究院科学家通过转基因工程改造细菌,让它们能合成蒎烯,有望替代 JP-10 用在导弹发射及其他航空领域。

为开发轻质高能发动机燃料打开新的大门

从石油中提炼 JP-10 供给有限,将来生物燃料有望补其不足,甚至促进新一代发动机的开发。相关研究发表在最近的美国化学协会(ACS)《合成生物学》杂志上。

在前期生物工程的研究阶段,论文资深作者、佐治亚理工学院副教授 Pamela Peralta-Yahya 和同事们已将蒎烯产量提高了 6 倍。他们在研究替代酶,将其插入大肠杆菌以产生蒎烯,已选定的酶分为两类:3 种 PS(蒎烯合成酶)和 3 种 GPP(香叶基二磷酸合成酶),通过实验来寻找最佳组合以获得最高产量。目前,他们已将产量提高到 32 毫克/升。但要和来自石油的 JP-10 竞争,产量还要提高 26 倍, Peralta-Yahya 说,但这也在生物工程大肠杆菌的可能范围内。

Peralta-Yahya 认为,目前的障碍在于系统内部的一个抑制过程。她表示:“我们发现,是酶被基质抑制了,这种抑制取决于浓度。目前我们需要的是在高浓度基质中不会被抑制的酶,或在整个反应中能维持基质低浓度的方法。这两方面都比较困难,但并非无法克服的。”

每桶石油中能提取的 JP-10 是有限的,加上树木提取物也帮助不大,供给不足让 JP-10 价格在 25 美分/加仑左右,因此生产高能生物燃料替代品比生产汽油或柴油替代品更有优势。Peralta-Yahya 表示:“如果你研究汽油替代品,就要与 3 美分/加仑竞争,这需要一个长期优化的过程。而我们是在和每加仑 25 美分竞争,需要的时间更短。虽然我们还处在几毫克/升的水平,但由于我们研究的替代品比柴油或汽油替代品价值更高,也就意味着我们离目标更近。”从理论上讲,要让生产蒎烯的成本低于石油提炼是可能的。如果最终的生物燃料表现良好,将为轻质高能发动机燃料打开新的大门,增加高能燃料的供给。

Peralta-Yahya 表示:“我们制造的是一种可持续的、高能量密度的战略性燃料,但还处于前期形式。我们正在集中制造一种‘试行’燃料,看起来就和来自石油的燃料一样,以适应目前的销售系统。”

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