Szybki rozwój społeczno-przemysłowy naszej cywilizacji pociąga za sobą ogromne zapotrzebowania na energię. Jej klasyczne źródła, takie jak ropa, gaz, czy inne paliwa kopalne, nie są już wystarczające. Od wielu lat naukowcy poszukują więc alternatywy dla takich paliw, wypatrując rozwiązania w biotechnologicznym pozyskiwaniu tzw. zielonej energii z odpadów organicznych. Od niedawna w gospodarce odpadami widoczny jest trend odzysku ze strumieni odpadowych takich surowców, jak bioplastik, biopaliwa czy inne związki biochemiczne.

Jednym z wartościowych surowców organicznych, który można wykorzystywać z powodzeniem do produkcji właśnie biopaliw jest kwas kapronowy. Jest to sześciowęglowy kwas organiczny, wykazujący wiele właściwości potencjalnie użytecznych m.in. w przemyśle farmaceutycznym, perfumeryjnym czy chemicznym. Jednak jego największy potencjał upatrywany jest w produkcji biopaliw, ze względu na jego wysoką wartość opałową. W tej chwili kwas ten jest produkowany na szeroką skalę z oleju kokosowego lub palmowego. Okazuje się jednak, że kwas kapronowy można z powodzeniem pozyskiwać wykorzystując do tego mikroorganizmy.

Takie badania prowadzi zespół pod kierunkiem prof. Piotra Oleśkowicza-Popiela z Politechniki Poznańskiej. W artykule opublikowanym niedawno na łamach Green Chemistry (DOI: 10.1039/c8gc01759j) naukowcy opisują możliwość stabilnego i efektywnego pozyskiwania kwasu kapronowego z pojedynczego surowca, jakim jest serwatka kwaśna, stanowiąca odpad mleczarski, w procesie biotechnologicznym w reaktorze beztlenowym.

„Badania, które opisujemy w tym artykule to ponad rok mozolnej pracy laboratoryjnej, dzięki której udało nam się wypracować optymalne warunki do pozyskiwania kwasu kapronowego w jednostopniowym procesie technologicznym i tylko z jednego surowca” – podkreśla kierownik projektu.

Do tej pory opisywano produkcję kwasu kapronowego jako proces dwustopniowy, ponadto wymagający dodatkowych substratów do procesu np. etanolu. Modyfikacja procesu, zaproponowana przez zespół z Poznania jest ekonomiczną, a jednocześnie efektywną alternatywą do znanej do tej pory procedury.

Jak wygląda taki proces produkcyjny? Do reaktora wprowadza się na początku badań osad bakteryjny, pochodzący z komór fermentacji metanowej, aby poprzez umiejętne manipulowanie parametrami technologicznymi pozwolić rozwijać się właściwym dla produkcji kwasu kapronowego bakteriom. Proces biotechnologiczny pozyskiwania kwasu kapronowego musiał być prowadzony w lekko kwaśnym pH, w ten sposób bakterie odpowiedzialne za produkcję metanu były wyłączane z działania, a „do głosu” w reaktorze dochodziły te bakterie, których obecność była pożądana i zapewniała produkcję kwasu kapronowego. Badacze stworzyli w ten sposób wyspecjalizowane zbiorowisko bakterii efektywnie prowadzących wybrany przez nich proces.

„Warto zwrócić uwagę, że kwas kapronowy dzięki swojej wysokiej wartości opałowej może mieć zastosowanie, jako biopaliwo lotnicze” – dodaje naukowiec. „Oczywiście po wyprodukowaniu surowca musi on zostać wyodrębniony z mieszaniny poreakcyjnej, nad czym teraz pracujemy. Następnie związek ten musi zostać odpowiednio chemicznie zmodyfikowany, żeby spełnić normy dla paliw lotniczych, jednak jest duża szansa, że kwas kapronowy będzie przyszłością biopaliw dla tego sektora transportu” - mówi.

PAP - Nauka w Polsce, dr hab. Aleksandra Ziembińska-Buczyńska

Dr hab. Aleksandra Ziembińska-Buczyńska jest mikrobiologiem z Politechniki Śląskiej. Od 2017 roku kieruje Centrum Popularyzacji Nauki PŚ. W 2015 roku zajęła trzecie miejsce w trzeciej, polskiej edycji konkursu FameLab. W CANAL+ DISCOVERY prowadziła program „Wynalazcy przyszłości”, w którym pokazywała polskie wynalazki i odkrycia, które zmienią w niedalekiej przyszłości nasz świat. Jest finalistką konkursu Popularyzator Nauki 2017, współorganizowanego przez serwis PAP - Nauka w Polsce oraz Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego.

Tekst jest jednym z efektów programu Rzecznicy Nauki, zorganizowanego przez Centrum Nauki Kopernik i Fundację British Council. Program umożliwia nawiązanie współpracy pomiędzy popularyzującymi wiedzę naukowcami, a dziennikarzami zajmującymi się sprawami nauki.

ekr/