Het proces zou onderbenutte bronnen van hernieuwbare brandstoffen kunnen aanboren
De bladeren, stengels en verbruikte kolven die na een maïsoogst achterblijven, kunnen op een dag een grote bron van duurzame energie worden, suggereert een nieuwe studie.
Wanneer maïsboeren hun oogst oogsten, laten ze vaak de stengels, bladeren en verbruikte kolven in de velden rotten. Nu hebben ingenieurs een nieuwe giststam ontwikkeld die dit oneetbare afval kan omzetten in ethanol, een biobrandstof. Als het proces kan worden opgeschaald, kan deze grotendeels onbenutte hernieuwbare energiebron de afhankelijkheid van fossiele brandstoffen helpen verminderen.
Eerdere pogingen om dit vezelige materiaal, corn stover genaamd, in brandstof om te zetten, hadden beperkt succes. Voordat gisten hun werk kunnen doen, moet maïsstoof worden afgebroken, maar dit proces genereert vaak bijproducten die gisten doden. Maar door een gen in gewone bakkersgist aan te passen, hebben onderzoekers een soort ontwikkeld die die dodelijke bijproducten onschadelijk kan maken en verder kan gaan met het omzetten van suiker in ethanol.
De nieuwe gist kon meer dan 100 gram ethanol voor elke liter behandelde maïsstoof, een efficiëntie vergelijkbaar met het standaardproces waarbij maïskorrels worden gebruikt om de biobrandstof te maken, rapporteren de onderzoekers op 25 juni in June wetenschappelijke vooruitgang.
“Ze hebben een meer veerkrachtige gist geproduceerd”, zegt Venkatesh Balan, een chemisch ingenieur aan de Universiteit van Houston die niet bij het onderzoek betrokken was. De nieuwe soort kan gunstig zijn voor producenten van biobrandstoffen die materialen zoals maïskolven proberen te benutten, zegt hij.
In de Verenigde Staten wordt de meeste ethanol gemaakt van maïs, het grootste gewas van het land, en wordt het gemengd in de meeste benzine die bij benzinestations wordt verkocht. Maïsethanol is een hernieuwbare energiebron, maar heeft beperkingen. Het omleiden van maïs om ethanol te maken kan afbreuk doen aan de voedselvoorziening, en het uitbreiden van akkerland om alleen maïs te planten voor biobrandstof maakt natuurlijke habitats vrijSN: 21/12/20). Het omzetten van oneetbare maïskolven in ethanol zou de toevoer van biobrandstof kunnen vergroten zonder dat er meer gewassen hoeven te worden geplant.
“Maïs kan aardolie als grondstof voor brandstoffen niet echt verdringen”, zegt metabolisch ingenieur Felix Lam van MIT. “Maar we hebben een alternatief.”
Lam en collega’s begonnen met Saccharomyces cerevisiae, of gewone bakkersgist. Net als zuurdesembakkers en brouwers gebruiken producenten van biobrandstoffen al gist: het kan suikers in maïskorrels omzetten in ethanol (SN: 19/09/17).
Maar in tegenstelling tot maïskorrels met gemakkelijk toegankelijke suikers, bevat maïskolven suikers gebonden in lignocellulose, een plantaardig bestanddeel dat gist niet kan afbreken. Door agressieve zuren toe te passen, kunnen deze suikers worden vrijgemaakt, maar het proces genereert giftige bijproducten, aldehyden genaamd, die gisten kunnen doden.
Maar het team van Lam had een idee: zet de aldehyden om in iets dat verdraagbaar is voor gist. De onderzoekers wisten al dat ze door de chemie van de groeiomgeving van de gist aan te passen, de tolerantie voor alcohol konden verbeteren, wat ook schadelijk is bij hoge concentraties. Met dat in gedachten gingen Lam en collega’s in op een gistgen genaamd GRE2, die helpt om aldehyden om te zetten in alcohol. Het team genereerde willekeurig ongeveer 20.000 gistvarianten, elk met een andere, genetisch gemodificeerde versie van GRE2. Vervolgens plaatsten de onderzoekers de horde varianten in een kolf die ook giftige aldehyden bevatte om te zien welke gisten zouden overleven.
Meerdere varianten overleefden de handschoen, maar één domineerde. Met deze beproefde versie van GRE2, ontdekten de onderzoekers dat de gemodificeerde bakkersgist ethanol uit behandelde maïskolven bijna net zo efficiënt kon produceren als uit maïskorrels. Bovendien kan de gist ethanol genereren uit andere houtachtige materialen, waaronder tarwestro en switchgrass (SN: 14-1-14). “We hebben één soort die dit allemaal kan”, zegt Lam.
Deze soort lost een belangrijke uitdaging op bij het fermenteren van ethanol uit vezelige materialen zoals maïsstoof, zegt Balan. Maar “er zijn nog veel meer verbeteringen nodig om deze technologie commercieel levensvatbaar te maken”, voegt hij eraan toe, zoals logistieke uitdagingen bij het oogsten, transporteren en opslaan van grote hoeveelheden maisstoof.
“Er zijn zoveel bewegende delen van dit probleem”, erkent Lam. Maar hij denkt dat de bevindingen van zijn team kunnen helpen om een ”hernieuwbare pijplijn” op gang te brengen die onderbenutte, duurzame brandstofbronnen gebruikt. De visie, zegt hij, is om de heerschappij van fossiele brandstoffen uit te dagen.
