由細菌製造:新型生物燃料擁有比噴氣燃料還要高的能量密度
儘管化石燃料可能是有效的,但它們對地球的影響怎麼強調都不為過。現在,伯克利實驗室的研究人員已經成功誘騙細菌直接生產一種新的生物燃料,其能量密度明顯高於噴氣燃料。
新燃料的候選分子被稱為polycyclopropanated fatty acid methyl esters(簡稱POP-FAMEs),它們由七組環丙烷環組成。這些是由三個碳原子結合成三角形的環,這迫使這些鍵形成一個60度的角度。這個銳角的應變能力擁有很高的潛在能量,可以在燃燒過程中釋放出來。
研究人員在一個名為鏈黴菌的家族中確定了天然環丙烷生產細菌,然後將相關基因簇複製到其他更適合實驗室的細菌中。最終得到的結果是POP-FAME分子,研究小組稱之為fuelimycins,它只需要一個進一步的化學處理步驟就能將其轉化為一種可隨時燃燒的燃料。
桑迪亞國家實驗室的科學家們隨後對所產生的燃料進行了計算機模擬,以估計其跟傳統燃料相比的特性。這項分析顯示,新的燃料在室溫下是安全穩定的,並且其能量密度將超每升50兆焦耳(MJ/L)。這比現有的燃料有了很大的提高–汽油的能量密度約為32MJ/L,而普通的噴氣機和火箭燃料的能量密度最高約為35MJ/L。
這種增加的能量密度可以幫助車輛在一個油箱中走得更遠或減少火箭發射所需的燃料量,這樣就可以為貨物節省出更多的空間和重量。與此同時,從細菌中生產燃料可以直接減少對環境的影響。
項目負責人Jay Keasling說道:“這種生物合成途徑為高能量密度的燃料提供了一條清潔的途徑,在這項工作之前,這些燃料只能從石油中使用高毒性的合成工藝生產。由於這些燃料將由用植物物質餵養的細菌生產–植物物質是由從大氣中提取的二氧化碳製成的–相對於從石油中產生的任何燃料,在發動機中燃燒這些燃料將大大減少溫室氣體的增加量。”
當然,這些生物燃料還沒有完全準備好使用。該團隊需要找到製造更大量的方法以便在發動機中進行測試,方法是在更有效的細菌菌株中設計這一過程。此外,他們還計劃研究如何為不同的目的製造不同長度的分子。
該研究的作者Eric Sundstrom說道:“我們正在努力調整鏈的長度以針對特定的應用。較長鏈的燃料將是固體,非常適合於某些火箭燃料的應用,較短的鏈可能更適合於噴氣燃料,在中間的可能是一種柴油替代分子。”