Достижения в области микробного производства биотоплива (аннотация)
В последнее время значительное внимание уделяется переходу на возобновляемые источники энергии и улавливанию и хранению углерода (CCS) CO2.
Поэтому альтернативные энергетические продукты и химикаты, получаемые из биомассы, привлекают внимание во всем мире. Область исследований биотоплива стремительно развивается в различных аспектах для удовлетворения постоянно растущих потребностей автомобильной промышленности. В последнее время внедряются различные передовые виды биотоплива, такие как авиационное топливо, сингаз, биоводород, и разрабатываются новые концепции для углубленного изучения/инженерии метаболических путей или для открытия новых биопроцессов.
Последние исследования в области биотоплива направлены на создание устойчивых и экономичных биоперерабатывающих заводов для одновременного производства биотоплива и биохимических продуктов с добавленной стоимостью, таких как пигменты/нутрицевтики (Singh et al., 2016). Экологические проблемы, связанные с утилизацией отходов, могут быть решены путем использования сельскохозяйственных и промышленных отходов для культивирования гиперпродуктивных олеагиновых (oleaginous) микроорганизмов, которые растут на широком спектре сахаров, получаемых из гидролизатов отходов.
Интерес к применению универсальных микроорганизмов для получения возобновляемого энергетического топлива из биомассы и биологических отходов возрос не только из-за универсальности их возможностей для производства биотоплива и других ценных продуктов, но и из-за их способности использовать отходы в качестве источника энергии и питания (Kumar and Kumar, 2017). Использование микроорганизмов также экономит пахотные земли, которые по-другому можно было бы использовать для производства продуктов питания и кормов, а выращивание микроорганизмов не зависит от погодных условий, в отличие от растительных ресурсов.
Достижения в производстве микробного биотоплива были недавно достигнуты благодаря использованию экономически эффективного инновационного сырья, устойчивых микробов и стабильных био/нано-каталитических систем. В настоящее время биоэнергетика не ограничивается производством топлива, а распространяется на биопереработку, где из отходов/неиспользуемой биомассы производятся другие продукты с добавленной стоимостью, чтобы сделать общий процесс экономически эффективным. В настоящее время исследователи решают фундаментальные проблемы роста цен на топливо и истощения запасов ископаемых видов топлива путем внедрения экономически эффективных биоэнергетических стратегий. Разработка надежной методологии является необходимым условием для быстрого определения пригодности любого нового штамма микроорганизмов или импровизированного штамма для производства биоэнергии (Sharma et al., 2021). Для производства биодизеля исследуются штаммы олеагиновых дрожжей, а для скрининга таких штаммов применяются усовершенствованные методы.
Экономически эффективное сырье является идеальным условием для успешного функционирования любой биотопливной промышленности (Verma et al., 2016). Однако степень легкости и обилия любого недорогого сырья зависит от специфических требований конкретного географического региона. Например, Mhlongo et al. исследовали потенциальный вклад нитчатых грибов в получение масел для производства биодизеля. При этом исследователи акцентировали внимание на конкретных вопросах, ограничивающих их потенциальное применение, и обсудили другие маршруты синтеза определенных биотопливных/биохимических веществ, чтобы удовлетворить требования идеальных нитчатых грибов. Другая группа исследователей изучала лигноцеллюлозную биомассу в качестве альтернативного сырья для выращивания и сбора олеагиновых микроорганизмов с конечной целью производства биодизеля (Chintagunta et al.).
Исследователи также подчеркивают недостатки, связанные с традиционным сырьем, которые в конечном итоге должны быть минимизированы путем использования инновационных технологий на основе лигноцеллюлозы или путем культивирования олеагиновых микробов для производства липидов, подробно описав этапы производства биодизеля, начиная с лигноцеллюлозной биомассы и заканчивая биотопливом в очищенном виде. Обсуждаются преимущества культивирования олеагиновых микроорганизмов для производства липидов и проблемы последующей экстракции, переработки по протоколам переэтерификации и очистки биодизеля.
Rajan et al. разработали новый подход к созданию пребиотиков для производства пробиотиков с использованием неутилизируемого гемицеллюлозного сырья. Они использовали гидролизаты гемицеллюлозы, выделенные из таких растений, как сосна, тополь и подорожник, в качестве субстрата для культивирования пребиотиков. Исследование не только показало, что пребиотические ингредиенты могут быть получены из различных лигноцеллюлозных биомасс, но и установило зависимость жизнеспособности и дифференциальной способности роста пробиотических микробов от состава гемицеллюлозного сырья.
Таким образом, сфера производства микробного биотоплива многогранна, о чем свидетельствует обширность исследований и разработок в области биоэнергетики. В заключение можно сказать, что внедрение инновационных подходов в разработку и развитие экономически эффективного сырья поможет снизить растущие цены на топливо и решить экологические проблемы во всем мире в секторе биоэнергетики. Интеграция производства жидкого биотоплива с переработкой отходов лигноцеллюлозной биомассы привлекла значительное внимание с точки зрения экономических аспектов и экологических преимуществ. Принятие таких интегрированных процессов приведет к созданию экономически эффективных технологий, которые, с одной стороны, будут генерировать ценные побочные продукты, а с другой - регулировать антропогенные выбросы CO2.
