ромышленность, и в значительной степени вся сегодняшняя экономика, основана на углеродных топливах. Так как ограниченная доступность ископаемого топлива и геополитические проблемы, связанные с контролем над ресурсами и их транспортировкой, в сочетании с изменениями климата, вызванными экстенсивным сжиганием ископаемого топлива, являются основными движущими силами поворота к биоэкономике, основанной на устойчивом сырье, и к созданию заводов дрожжевых клеток для разработки подобных биотоплив.
Дисбаланс между временем, необходимым для превращения углерода в ископаемое топливо, и временем, необходимым для его выброса в атмосферу, лежит в основе вышеуказанных проблем, поэтому для обеспечения развития данных биотоплив (с помощью сбалансированный углеродный цикла), необходимо развить устойчивую экономику для создания заводов, работающих с дрожжевыми клетками.
Таким образом, одна из основных проблем заключается в том, как наиболее эффективно преобразовать атмосферный углерод в биотопливо.
На сегодняшний день люди стали использовать дрожжи Saccharomyces cerevisiae (так как этот вид остается одной из наиболее перспективных платформ для производства альтернативных биотопливных клеточных фабрик, а также неприхотлив в использовании для создания различных биотоплив), как природный материал для создания биэтанола, использовавшегося для производства биотоплива.
Поэтому происходит сдвиг в области биотоплива, как с точки зрения исходного сырья, так и с точки зрения продукта. Таким образом, новые химические вещества с лучшими характеристиками для биотоплива, чем этанол – более высокая плотность энергии, потенциал для более высокого процентного смешивания с ископаемыми топливами и более низкой коррозионной активностью, что приводит к более легкой интеграции с существующей топливной инфраструктурой – скорее всего, будут представлять собой будущие, разработанные биотоплива.
Такими химическими веществами являются среднецепочечные спирты или короткие разветвленные алканы вместо бензина, спирты жирных кислот и сложные эфиры, алканы или циклические изопреноиды вместо дизельного топлива, а также линейные изопреноиды или разветвленные алканы в качестве замены реактивного топлива.
Бутанол
Спирты средней цепи, особенно бутанол, рассматривались в качестве привлекательного заменителя биоэтанола, учитывая их превосходящие характеристики в качестве биотоплива. Бутанол менее гигроскопичен и поэтому менее коррозионен, чем этанол. Он имеет энергетическую плотность, близкую к плотности бензина, и может быть смешан с этим видом топлива до 85% для использования в текущих двигателях.
Однако следует отметить, что продуктивность современных штаммов, производящих бутанол, по‐прежнему значительно ниже, чем у промышленных штаммов, производящих этанол. Поэтому в настоящее время, несмотря на улучшение характеристик бутанола и других длинноцепочечных спиртов в качестве биотоплива, их промышленное производство экономически нецелесообразно.
Жирные кислоты и продукты, полученные из жирных кислот
Длинные углеводородные жирные ацильные цепи богаты энергией, что делает их идеальными предшественниками для создания биодизельного биотоплива.
Терпеноидные углеводороды
Терпеноиды содержат более 40 000 структурно различных молекул и представляют собой привлекательную группу для конструируемых биотоплив, что обусловлено их большим спектром физико-химических свойств.
Жирные кислоты различной длины цепей и терпеноиды различных структур, будут являться прекрасными кандидатами для конструирования биотоплива, так как при небольшом изменении их метаболизма, возможно образование новых структурных молекул с различными характеристиками, что может послужить хорошей альтернативой для создания биотоплива.
А также их стоимость сравнительно ниже по сравнению с другими химическими веществами, использованными для создания биотоплива.
Биотопливо из экологически чистого сырья
Целлюлозная биомасса для производства биотоплива стали использовать с 2015 года, так как в ее составе имеется глюкозный полимер целлюлозы, который эффективно используется дрожжами для создания биотоплива.
Однако одним из основных препятствий в производстве биотоплива из целлюлозной биомассы является чувствительность клеточных фабрик (дрожжей) к ингибирующим соединениям (фурфурол, уксусная и другие кислоты), образующимся в процессе предварительной обработки. Для решения этой проблемы ученые пытаются создать такие штаммы дрожжей, которые будут способны «работать» в присутствии ингибиторов.
Таким образом, будущее развитие дрожжевых штаммов для создания биотоплива будет иметь все большее значение для всего мира.