Gezien de kosten van het bouwen van nieuwe infrastructuur en het aanpassen aan onbekende energiebronnen, zullen we waarschijnlijk niet binnenkort stoppen met het gebruik van fossiele brandstoffen. Wat is de volgende beste oplossing? Maak bestaande brandstoffen groener en hernieuwbaar.
Dat is het idee achter nieuw werk van wetenschappers van het Imperial College London en de Universiteit van Turku in Finland, die uiteindelijk fotosynthetische bacteriën willen overhalen om zonlicht in propaangas te veranderen. De technologie heeft nog een lange weg te gaan voordat het commercieel levensvatbaar is. Maar als eerste stap is het team erin geslaagd E. coli, een bacterie die in ons spijsverteringsstelsel voorkomt, te misleiden tot het creëren van kleine hoeveelheden propaan voor de motor.
Traditioneel wordt propaan gemaakt als bijproduct van de verwerking van aardgas en aardolie. Het wordt uit aardgas verwijderd om transport langs pijpleidingen onder druk veiliger te maken en olieraffinaderijen produceren het wanneer ze aardolie afbreken in benzine of stookolie.
In een proces in drie stappen, gebruikten de wetenschappers enzymen om eerst vetzuren in E. coli vrij te maken die normaal worden gebruikt bij het creëren van celmembranen. Een daarvan, boterzuur, werd vervolgens met een ander enzym omgezet in butyraldehyde - een derivaat van butaan. Uiteindelijk heeft het team het butyraldehyde omgezet in propaan. Het stimuleren van het omzettende enzym met elektronen verbetert het proces, vond het team.
Onlangs beschreven in het tijdschrift Nature Communications, bevindt het project zich in een vroeg stadium. Maar Patrik R. Jones, een van de auteurs van het artikel, zegt dat de methode eenvoudiger is dan vergelijkbare pogingen om brandstof te maken met levende organismen. Gist of bacteriën spelen een rol bij het produceren van ethanol uit suiker of maïs, en ontwikkelde fotosynthetische bacteriën produceren ook diesel uit gewassen. Ethanol wordt nu meestal toegevoegd aan benzine in de Verenigde Staten, vooral dankzij overheidssubsidies en incentives. Maar van bacteriën afgeleide biodiesel is nog niet wijdverspreid gebruikt, grotendeels vanwege voortdurende problemen met kosten en efficiëntie.
"In het geval van [fotosynthetische] biodiesel zijn er veel stappen in het proces, en elk van deze stappen heeft een penalty in termen van efficiëntie, " zegt Jones. "Als we het aantal stappen zouden kunnen verminderen, althans in theorie, zouden we dan een efficiënter proces kunnen hebben."
De focus op propaan in tegenstelling tot andere brandstoffen vereenvoudigt ook het proces, omdat propaan zich gemakkelijk van de cellen van het organisme scheidt vanwege de compacte chemische structuur. Ethanol, dat kan worden gemaakt van maïs, suiker en andere gewassen, moet fysiek worden gescheiden van water in een proces dat energie-intensief is. De huidige methoden voor het oogsten van diesel uit algen omvatten het openbreken van hun cellen en daarbij het doden van de organismen die de brandstof produceren. Met propaan kan de brandstof worden gescheiden zonder E. coli te vernietigen.
Propaan is eenvoudig te verzamelen als een gas en toch gemakkelijker op te slaan dan waterstof, wat zeer gevaarlijk is als een gas, vooral wanneer het wordt gemengd met lucht. Het is ook gekozen, zegt Jones, omdat het gemakkelijk vloeibaar te maken is voor transport en omdat het compatibel is met de bestaande infrastructuur. Propaan wordt meestal geassocieerd met buitengrills in de Verenigde Staten, maar het wordt ook gebruikt om heftrucks en bootmotoren aan te drijven. Auto's kunnen zelfs worden omgezet om op propaan te rijden; het proces is vrij gebruikelijk in het Verenigd Koninkrijk, waar de gasprijzen veel hoger zijn dan in de Verenigde Staten.
Het team gebruikt in dit stadium E. coli omdat het eenvoudig is om mee te werken, zegt Jones. Maar uiteindelijk hopen de onderzoekers het proces van E. coli te transplanteren in fotosynthetische bacteriën, zodat zonlicht de energie levert om de cellen te voeden, in plaats van het voedingspatroon dat E. coli nodig heeft . Dit zal het aantal stappen in het proces opnieuw verminderen, maar er is nog een hoop werk te doen voordat de wetenschappers zover zijn.
"Alleen theoretisch perfecte of bijna theoretisch perfecte systemen zullen ooit de kans krijgen om gecommercialiseerd te worden", zegt Jones. "Daarom is het belangrijk om te proberen een [proces] te bereiken dat zo goed mogelijk werkt." Op dit moment schat Jones dat ze 1.000 tot 5.000 keer meer brandstof uit hun proces moeten produceren voordat de industrie interesse zal tonen. En vanaf dat punt zou meer engineering en verfijning moeten plaatsvinden voordat het commercieel haalbaar zou kunnen zijn als alternatief voor bestaande fossiele brandstoffen.
"Sommige problemen liggen in de enzymen die we gebruiken", zegt Jones. "Er moet dus worden gezocht naar alternatieve enzymen, of verbetering van de enzymen die we hebben, en dit zullen op zichzelf grote projecten zijn."
Het is duidelijk dat we niet snel auto's gaan besturen of hamburgers grillen met behulp van propaan geproduceerd door bacteriën en de zon. Maar in een artikel in het Imperial College in Londen zei Jones dat hij hoopt dat het proces de komende 5 tot 10 jaar commercieel levensvatbaar wordt.
Zelfs als die schatting ruimhartig is, kan de productie van propaan op zonne-energie op tijd klaar zijn om de overstap van vuile brandstoffen naar milieuvriendelijkere alternatieven te versnellen.
