Podrobnosti: Vytvořeno 17. listopad 2010; Napsal Vlasta Stancová

Nejenom strašák globálního oteplování, ale také tenčící se zásoby fosilních paliv žene vědce k výrobě co nejúčinnějších a nejekonomičtějších biopaliv. Rostliny mají v tomto ohledu značný potenciál. Dokážou ve své struktuře ukládat obrovské množství energie ze slunce a přitom zachytávají atmosférický oxid uhličitý.

Pohonné hmoty z biomasy

Pohonné hmoty vyrobené ze zemědělských produktů označujeme jako „kapalná biopaliva“. Vznikají výrobou především z rostlinné biomasy. Existuje jich celá řada, v České republice jsou nejrozšířenější metylester řepkového oleje (MEŘO), který se využívá jako náhrada motorové nafty, a bioetanol jako náhrada benzínu.

Biomasa sloužící na výrobu bioethanolu se dělí na:

biomasu obsahující jednoduché cukry (cukrová řepa a třtina),
biomasu obsahující škrob (obiloviny, brambory, kukuřice) a
lignocelulózovou biomasu – zemědělské zbytky, sláma, dřevo, štěpky, rychle rostoucí dřeviny, odpadní dřevo, papír aj.

Lignocelulózové energetické plodiny představují perspektivní výchozí produkt s nízkou environmentální zátěží. Slibují vysoké výnosy, nízké náklady a umožňují využívat i méně kvalitní půdy. Získávání cukrů na výrobu bioetanolu z lignocelulózové biomasy je však náročné a drahé.

Genetika zpřístupní poklad v zemědělském odpadu

Zatímco spousta vědců bádá nad co nejefektivnějším způsobem přeměny zemědělského odpadu v pohonné hmoty, vědci z britské University of Cambridge a Biotechnology and Biological Sciences Research Council (BBSRC) chtějí vytvořit nové odrůdy energetických plodin, jejichž zpracování na bioethanol by bylo co nejsnadnější.

Klíčem ke snadnější výrobě biopaliv z nepoživatelného rostlinného materiálu mají být dva geny gux1 a gux2 pro dva enzymy ze skupiny gylkosyltransferáz (enzymy pro přenos a navázání sacharidů na proteiny).

Zmiňované enzymy označované jako GUX1 a GUX2 vyztužují dřevo, slámu, stopky, stébla a jsou zodpovědné za stavbu xylanu. Xylan je vysoce komplexní polysacharid a tvoří asi třetinu lignocelulózy.

Struktura molekuly xylanu (Zdroj: Wikimedia)

Vědcům se podařilo vytvořit drobné rostlinky huseníčku (Arabidopsis thaliana), které postrádaly enzymy GUX1 a GUX2. Přeměna veškerého xylanu z těchto rostlin na cukr byla podstatně snadnější. Nové rostlinky byly ve srovnání s běžným druhem huseníčku slabší, avšak rostly normálně a dosahovaly normální výšky.

Klíčem jsou snadno zpracovatelná pletiva

Profesoru Paulovi Dupreemu, vedoucímu výzkumu, je jasné, že nemá smysl šlechtit rostliny s měkkými pletivy, které nemohou řádně růst. Je důležité najít především způsob, jak tvořit snadno rozložitelný xylan, avšak bez vedlejších účinků.

Výsledky byly publikovány v časopise Proceedings of the Nationl Academy of Sciences. Nové poznatky najdou uplatnění ve šlechtitelských programech. V další fázi budou badatelé vyvíjet nové odrůdy energetických plodin, kterými mohou být rychle rostoucí vrba nebo travina miskantus.

Nové odrůdy budou při přeměně na biopaliva nebo jiné obnovitelné produkty (bioplasty) vyžadovat méně zpracování, méně vynaložené energie a chemikálií.

Průřez rostlinnými pletivy (Zdroj: www.bbsrc.ac.uk)

Výroba bioetanolu

Technologie výroby bioetanolu z lignocelulózové biomasy je v současnosti předmětem intenzivní výzkumné činnosti. Bioetanol se vyrábí fermentací neboli kvašením, a to nejčastěji kvasinkami Saccharomyces carevisiae. Proces probíhá převážně bez přístupu vzduchu. Přímo zkvasitelné jsou jen monosacharidy. Složitější sacharidy musí být nejprve hydrolyzovány.

Hydrolýza je v těchto případech mnohem obtížnější než hydrolýza škrobu u biomasy pro biopaliva I. generace. Nejperspektivnější je tzv. kyselá hydrolýza a hydrolýza pomocí enzymů.

Biopaliva versus potraviny a jejich cena

Celulózová biomasa sloužící k výrobě biopaliv II. generace pochází z ryze nepotravinářských surovin. Na rozdíl od kontroverzních biopaliv I. generace, na která je zpracovávána biomasa, kde existuje její užití ve výrobě potravin či krmiv.

Podle ministerstva zemědělství je negativní dopad biopaliv na cenu a dostupnost potravin v EU nepodložený a nepravdivý. V rámci ČR pohltí osevní plochy pro plodiny určené k výrobě biopaliv jen několik jednotek procent v porovnání s celkovou plochou orné půdy. V zemědělství navíc dochází pravidelně k vzniku spíše nadprodukce a právě biopaliva představují nejsmysluplnější využití těchto surovin.

Sdružení pro výrobu bionafty proto odmítlo závěry o tom, že výroba biopaliv má výrazný podíl na růstu cen potravin. Názory na tuto problematiku se značně různí a těšme se, jaké změny přinesou biopaliva II. generace. Jejich nasazení do komerčního provozu lze ve větším měřítku však očekávat až během následujících deseti let.

Zdroje:

Biofuel from inedible plant material easier to produce following enzyme discovery. Biotechnology and Biological Sciences Research Council (BBSRC) [on-line] <http://www.bbsrc.ac.uk>
J. C. Mortimer, G. P. Miles, D. M. Brown, Z. Zhang, M. P. Segura, T. Weimar, X. Yu, K. A. Seffen, E. Stephens, S. R. Turner, P. Dupree. Absence of branches from xylan in Arabidopsis gux mutants reveals potential for simplification of lignocellulosic biomass. Proceedings of the National Academy of Sciences [on-line] <http://www.pnas.org/>
Jan Hromádko, Jiří Hromádko, Petr Miler, Vladimír Hönig, Pavel Štěrba. Výroba bioetanolu. Listy cukrovarnické a řepařské [on-line] <http://www.cukr-listy.cz/>
Biopaliva. eAGRI [on-line] <http://eagri.cz/>
Jan Hromádko, Jiří Hromádko, Petr Miler, Vladimír Hönig, Martin Cindr. Technologie výroby biopaliv druhé generace. Chemické listy [on-line] <http://www.chemicke-listy.cz/>
Co jsou to biopaliva první a druhé generace? Jaký je mezi nimi rozdíl? Ekoporadny.cz [on-line] <http://www.ekoporadny.cz/>
Sdružení pro výrobu bionafty odmítá kritiku biopaliv. Ekolist.cz [on-line] <http://ekolist.cz/>

Cesta od slámy k pohonným hmotám o kousek kratší