佐治亚理工学院运用转基因细菌合成高能火箭燃料

2014-4-08 11:18 来源: 中国化工信息网
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  目前的生物燃料体积热值太低,在应用与火箭、导弹中时,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合成蒎烯,有望替代JP-10用在导弹发射及其他航空领域。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。

  在前期生物工程的研究阶段,论文第一作者、佐治亚理工学院研究生斯蒂芬·沙瑞亚在该校副教授帕玛拉·佩拉塔-雅海亚的指导下,已将蒎烯产量提高了6倍。他们在研究将替代酶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,佩拉塔-雅海亚说,但这也在生物工程大肠杆菌的可能范围内。

  佩拉塔-雅海亚认为,目前的障碍在于系统内部的一个抑制过程。高浓度的基质抑制了酶的活性,她说,“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。”

  JP-10的能量密度高于汽油和柴油,是因为其分子结构中包含碳原子组成的多应变环。每桶石油中能提取的JP-10是有限的,自然界中含有该化合物的树木中产量也很小,有限的供应使JP-10价格在25美元/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。“如果你研究汽油替代品,就要与3美元/加仑竞争,这需要一个长期优化的过程。”佩拉塔-雅海亚说,“而我们是在和25美元/加仑竞争,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。”她说。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。

  佩拉塔-雅海亚说,“我们制造的是一种可持续的、高能量密度的战略性燃料,但还处于研究初期,我们正在集中制造一种‘试行’燃料,类似于石油燃料,以适应目前的销售系统。”