Od resztek do energii

Na polach uprawnych otaczających kampus Uniwersytetu Kalifornijskiego w Davis (UC Davis) znajduje się zestaw gigantycznych kadzi wypełnionych głodnymi drobnoustrojami. Robaki pożerają resztki kafeterii i ścinki trawnika i przekształcają je w biogaz – głównie metan – który można spalić w celu wytworzenia energii elektrycznej lub skompresować w płyn, aby napędzać wyspecjalizowane pojazdy. Jednak naukowcy niewiele wiedzą o drobnoustrojach wytwarzających gaz żyjących w reaktorach. Jednak nowy projekt sekwencjonowania genomów drobnoustrojów może to zmienić, pozwalając naukowcom dowiedzieć się, w jaki sposób robaki wykonują swoje zadania trawienne i zasugerować nowe sposoby tworzenia bardziej wydajnych bioreaktorów.

Sekwencjonowanie tych organizmów da nam lepsze wyobrażenie o tym, kim są gracze, dzięki czemu będziemy mogli lepiej kontrolować warunki lub ulepszyć projekt, aby jeszcze bardziej poprawić przetwarzanie odpadów w biogaz, mówi Ruihong Zhang , bioinżynier z UC Davis, który opracował system.

Podobne bioreaktory, zwane komorami fermentacyjnymi beztlenowymi, są powszechnie stosowane w oczyszczalniach ścieków. Bioreaktor Zhanga jest jednak inny, ponieważ został zaprojektowany do pracy z ciałami stałymi, takimi jak żywność i odpady ogrodowe. Działa od 30 do 50 procent szybciej niż konwencjonalne systemy i stanowi obiecujący nowy sposób na zmniejszenie ilości odpadów na wysypiskach, wytwarzając w tym procesie czysty płonący gaz. (Gaz ziemny, który składa się głównie z metanu, uwalnia do powietrza mniej toksycznych związków niż benzyna czy olej napędowy).

Od października ubiegłego roku na UC Davis działa jednostka demonstracyjna, która przetwarza osiem ton odpadów restauracyjnych, resztek stołówek i ścinków trawnika w 300 000 do 600 000 litrów biogazu dziennie, co wystarcza do zasilenia około 80 domów. (W Davis gaz jest używany do elektryczności i zasila pobliską oczyszczalnię ścieków.)

Mimo to naukowcy niewiele wiedzą o drobnoustrojach, które zamieniają odpady w gaz. W naturze drobnoustroje, które przeprowadzają degradację odpadów organicznych i wytwarzają metan, istnieją w bardzo złożonej społeczności beztlenowej, a pojedyncze izolaty ze społeczności są trudne do wzrostu, mówi Jim Bristow , kierownik programu sekwencjonowania społeczności w Instytucie Joint Genome Institute w Departamencie Energii w Walnut Creek w Kalifornii. Jednak w ciągu ostatnich dwóch lat szybsze i tańsze metody sekwencjonowania genów zaoferowały mikrobiologom nowe narzędzie do badania społeczności drobnoustrojów. Naukowcy mogą wyizolować DNA z kropli osadu z bioreaktora i wygenerować sekwencję genów dla całej społeczności drobnoustrojów. Joint Genome Institute wykorzysta to podejście do sekwencjonowania genomów drobnoustrojów w komorze fermentacyjnej Zhanga w przyszłym roku.

Wyniki powinny rzucić światło na rodzaje drobnoustrojów żyjących w bioreaktorze oraz dominujące typy genów. Naukowcy będą również mogli zbadać, jak społeczność zmienia się w różnych temperaturach i kwasowości, co może drastycznie zmienić wydajność systemu. Chcemy porównać rodzaje drobnoustrojów w różnych warunkach i spróbować dowiedzieć się, dlaczego jeden [zestaw warunków] działa lepiej niż drugi, mówi Martin Wu , genetyk z UC Davis, który poprowadzi część projektu związaną z genomiką.

Zhang współpracuje z Biosystemy Onsight , startup oparty na Davis, w celu komercjalizacji systemu. Mówi, że technologia cieszy się zainteresowaniem producentów żywności i gmin.

ukryć