細菌助力製造航空燃料

飛機用於運送人員、運輸貨物和執行軍事行動，但提供動力的化石燃料供應短缺。近日，研究人員發現了一種產生替代航空燃料的方法，即收集土壤中常見細菌代謝過程產生的一種不同尋常的碳分子。相關論文近日發表於《焦耳》雜誌。

“在化學中，所有需要能量來製造的東西，破裂時會釋放能量。”論文主要作者、丹麥技術大學微生物學家Pablo Cruz-Morales說。當航空燃料被點燃時，它會釋放出巨大的能量，科學家們認為，一定有一種方法可以複製這一過程，而不是隻有藉助等待數百萬年才能形成的化石燃料。

美國加州大學伯克利分校化學工程師Jay Keasling找到了當時在其實驗室做博士後的Cruz-Morales，想看看他能否合成一種複雜的分子，這種分子有可能產生大量能量。“Keasling告訴我，這將是一個爆炸性的想法。”Cruz-Morales說。

Keasling想要重建的分子被稱為Jawsamycin，以電影《大白鯊》（Jaws）的名字命名，因為它有咬痕狀的壓痕，是由常見的細菌鏈黴菌創造的，Cruz-Morales過去曾研究過這種微生物。

“自然界已經存在這種秘訣。”鋸齒狀分子是細菌在咀嚼葡萄糖時產生的。“當它們吃糖或氨基酸時，它們會將其分解並轉化為構建碳-碳鍵的基石。”Cruz-Morales說，“你體內的脂肪也是以同樣方式產生的，但這種細菌過程有一些非常有趣的變化。”

使分子具有爆燃特性的是環丙烷環的結合——3個碳原子環呈三角形排列。“如果你有一個正常角度的鍵，一個開放的碳鏈，碳可以是靈活的，它們會變得舒適。”Cruz-Morales解釋說，“假設你把它們做成一個6個碳的環，它們仍然可以移動。但三角形會使化學鍵彎曲，而這種張力需要能量才能產生。”

經過仔細分析，該團隊確定，這些負責構建高能環丙烷分子的酶是聚酮合酶。“聚酮合酶是製造有機化學的終極生物工具。”Cruz-Morales說。

Cruz-Morales解釋說，細菌產生燃料的工作原理很像生物柴油。需要對其進行處理，使其燃點低於燃燒脂肪酸所需的溫度，但點燃後，其威力將足以將一枚火箭送入太空。“如果我們能用生物技術製造這種燃料，就無需用石油來製造了。”Cruz-Morales說，“這為可持續發展提供了可能。”

在未來，Cruz-Morales和同事希望能夠擴大這個過程，這樣他們的替代燃料就能真正用於航空領域。“現在的問題是化石燃料是有補貼的。”Cruz-Morales說，“你可以把新技術看作是在當下做的準備，因為我們將耗盡化石燃料，而在不遠的將來，我們將需要替代解決方案。”

相關論文資訊：

https：//doi。org/10。1016/j。joule。2022。05。011