211service.com
Een betere biobrandstofbug
Een kleine microbe gevonden in de Chesapeake Bay is de focus van intensieve studie voor een biotech-startup in College Park, MD. Zymetis heeft een zeldzame, cellulose-etende bacterie genetisch gemodificeerd om cellulose af te breken en om te zetten in suikers die nodig zijn om ethanol te maken, en het heeft onlangs zijn eerste proef op commerciële schaal afgerond. Eerder dit jaar voerde het bedrijf de gemodificeerde microbe door een reeks tests in grote fermentoren en ontdekte dat het in 72 uur een ton cellulose-achtige plantenvezels in suiker kon omzetten. De proef, zeggen de onderzoekers, illustreert het potentieel van het organisme om op industriële schaal goedkoop en efficiënt ethanol te helpen produceren. Zymetis haalt nu de eerste ronde van risicokapitaal op om de technologie naar commerciële toepassingen te brengen.
Cellulose-etende microbe: Steve Hutcheson, president en CTO van Zymetis, toont een kweek van de bacterie S. degradans , meer dan 20 jaar geleden gevonden in de Chesapeake Bay.
Scott Laughlin, CEO van Zymetis, zegt dat de wetenschappers van het bedrijf de afgelopen twee jaar hebben gewerkt om het kleine organisme opnieuw in te richten en op te pompen. Het belangrijkste voordeel van de microbe is zijn vermogen om op natuurlijke wijze twee belangrijke stappen in het ethanolproces te combineren, wat volgens het bedrijf de hoge kosten voor het produceren van ethanol uit celluloseachtige biomassa zoals switchgrass, houtsnippers en papierpulp aanzienlijk kan verlagen. Het bedrijf laat het organisme een reeks proeven doorlopen om te onderzoeken hoe het systeem op industriële schaal kan worden toegepast.
Ethanolproductie uit cellulosebronnen is een duur meertrapsproces. De cellulose-grondstof wordt eerst voorbehandeld met warmte en chemicaliën om de taaie celwanden van het materiaal af te breken. Dure gefabriceerde enzymen worden vervolgens aan de mix toegevoegd om gezuiverde cellulose om te zetten in glucose, dat vervolgens wordt behandeld met gist die de suikers in ethanol verandert. Als gevolg hiervan ontwikkelen wetenschappers en verschillende startende bedrijven verbeterde microben die verschillende van deze stappen kunnen uitvoeren, waardoor de resulterende biobrandstoffen concurrerender worden met fossiele brandstoffen.
Om dat doel te bereiken, zegt Laughlin dat het bedrijf een ethanolproducerend systeem heeft ontwikkeld dat draait om een microbe die snel en efficiënt de eerste twee stappen van het conventionele ethanolproces combineert. Het heeft het vermogen om heel plantaardig materiaal af te breken en het scheidt enzymen uit die cellulose afbreken, [wat heel goed werkt] in oplossing, zegt Laughlin.
De microbe waarop het bedrijf rekent, is Sacharophagus degradans , een bacterie gevonden in de moerassen van de Chesapeake Bay die dood plantaardig materiaal en vast afval wegvreet en ze afbreekt tot glucose. In 2003, Steve Hutcheson , een professor in celbiologie en moleculaire genetica aan de Universiteit van Maryland, kamde door het genoom van het organisme en ontdekte dat het een combinatie van enzymen bezat die de taaie celwanden in dode planten afbraken en de resterende cellulose in suikers omzet - twee waardevolle eigenschappen in productie van cellulose-ethanol. In 2006 richtte Hutcheson Zymetis op om de prestaties van de microbe op commerciële schaal te brengen.
Sindsdien werkt het bedrijf met stammen van S. degradans , het identificeren van sets enzymen die verantwoordelijk zijn voor het afbreken van een verscheidenheid aan materiaal, van kranten tot dode planten tot vast afval. Hutcheson en zijn collega's schakelden bepaalde genen in om de activiteit van deze enzymen te verhogen, en schakelden andere genen uit die het remmende gedrag van de microbe controleerden, zoals de genen die hem vertellen te stoppen met eten. Als gevolg hiervan pompt het genetisch gemodificeerde organisme aanzienlijk meer enzymen uit dan het normaal zou doen.
Laughlin en zijn collega's hebben onlangs een proef met het organisme gedaan en ontdekten dat het organisme door één ton celluloseachtige plantenvezels kauwde en de pulp binnen 72 uur in suiker omzet - een proces dat normaal gesproken jaren duurt in het wild. Op dit moment werken we aan een tijdschaal van 24 tot 72 uur, zegt Laughlin. Het is meer een economische vraag om het sneller te maken, maar tegen welke prijs? We werken dus aan een hele reeks verwerkingsprotocollen over verschillende tijdschalen om een optimale uitvoering te vinden.
Het bedrijf koppelt de microbe aan een giststam die suiker omzet in ethanol terwijl de microbe cellulose afbreekt. Het doel van Zymetis is om productie-eenheden te ontwikkelen die ongeveer 10 miljoen gallons ethanol per jaar kunnen produceren - een relatief bescheiden output. Maar Laughlin zegt dat kleiner denken zou kunnen leiden tot een efficiëntere, lokale productie van ethanol, en hij stelt zich voor om samen te werken met papierfabrieken en fabrieken voor vast afval om ethanol ter plaatse te produceren.
Als je naar een maïs-ethanolfabriek kijkt, is het deze grote kolossale fabriek, zegt Laughlin. We plaatsen liever kleinere efficiënte fabrieken op een gedistribueerde manier op de locaties waar deze afvalvezel beschikbaar is, en daardoor halen we veel efficiëntie op, kunnen we sneller op de markt komen en hoeven we geen vezel te kweken . Laughlin zegt dat het bedrijf medio 2010 een proeffaciliteit voor colocatie wil opzetten met een niet nader genoemde partner.
Qteros , een biotechnologiebedrijf gevestigd in Marlborough, MA, gebruikt vergelijkbare methoden om de productie van cellulose-ethanol op te schalen. Onderzoekers daar zijn een microbe aan het ontwikkelen die de laatste twee fasen van de ethanolproductie combineert: cellulose omzetten in suiker en suiker omzetten in ethanol. William Frey, CEO van Qteros, zegt dat de aanpak van Zymetis een belangrijke uitdaging vormt om cellulose-ethanol betaalbaar te maken.
Een groot deel van de kosten houdt verband met voorbehandeling en ook met enzymhydrolyse, zegt Frey. De industrie is op zoek naar technologieën die economisch en schaalbaar zijn, en microbiële oplossingen hebben het vermogen om het aantal stappen en de kosten te verminderen, en dat is een groot stuk.