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青島能源所闡明合成氣制備生物燃料乙醇的能量代謝機制

2020-05-26 青島生物能源與過程研究所
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  2017年9月國家發改委、國家能源局、財政部等十五部委下發了《關于擴大生物燃料乙醇生産和推廣使用車用乙醇汽油的實施方案》,提出在全國範圍內推廣使用車用乙醇汽油,到2020年基本實現全覆蓋。當前我國生物燃料乙醇産量僅占汽油消耗量的2%左右,若實現全國範圍內推廣使用E10乙醇汽油,則燃料乙醇缺口超過1000萬噸。《方案》同時也指出其實施的基礎和前提是“保障國家糧食安全”,避免出現“與民爭糧、與糧爭地”等問題。因此,對于我國這樣一個人口衆多、石油資源有限的大國來說,開發非糧的乙醇生産原料與生産技術具有戰略意義與現實意義。合成氣(syngas)是主要由氫氣、一氧化碳和二氧化碳組成的混合氣。合成氣來源廣泛,煤化工、鋼鐵工業、石油煉廠等生産過程中産生大量合成氣,農林廢棄物通過氣化也可制得合成氣。由于其易得性,使合成氣成爲一種極具潛力的可持續能源與化工生産原料。大量的原料和巨大的需求之間缺少高效轉化技術是目前阻礙生物燃料乙醇大規模應用的基本國情。

  中國科學院青島生物能源與過程研究所研究员李福利带领的分子微生物工程研究组长期致力于燃料乙醇的生物合成研究。近日,该研究组与中科院分子植物科学卓越创新中心研究员顾阳以及山东大学微生物重点实验室教授王书宁通力合作,阐明了合成气利用的模式菌株永达尔梭菌(Clostridium ljungdahlii)合成乙醇的能量代谢调控机制(图1)。通过基因敲除和碳13同位素标记,阐明了乙醇代谢的关键途径与回流机制。基于此,通过设计新型的气液发酵装置,使醇产量提升到50 g/L,产物组成以产酸为主转变为产醇为主(图2),相关研究成果发表在微生物领域期刊Frontiers in MicrobiologyApplied and Environmental Microbiology上,乙醇産量和産率的提高大大推動了合成氣生物轉化的規模化應用。

  該工作得到國家自然科學基金委、中科院、山東省自然科學基金委和中國石油化工股份有限公司的資助。

  論文信息:

  1. Zhu HF#, Liu ZY#, Zhao X, Yi JH, Lun ZM, Wang SN, Tang WZ*, Li FL*.2020. Energy conservation and carbon flux distribution during fermentation of CO or H2/CO2 by Clostridium ljungdahlii. Front Microbiol 11. doi: 10.3389/fmicb.2020.00416.

  2. Zi-Yong Liu, De-Chen Jia, Kun-Di Zhang, Hai-Feng Zhu, Quan Zhang, Wei-Hong Jiang, Yang Gu*, Fu-Li Li*. Ethanol metabolism dynamics in Clostridium ljungdahlii grown on carbon monoxide. Appl Environ Microbiol. 2020, doi:10.1128/AEM.00730-20.

图1. 永达尔梭菌转化合成气生产乙醇的代谢机制简图

图2. 永达尔梭菌转化合成气生产乙醇的阶段进展图

打印 責任編輯:葉瑞優

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