Biodrivstoff fra tare - Fermentering av alginat til etanol

Bioenergi er et viktig alternativ for erstatning av petroleumsbasert drivstoff, men det er fremdeles et stort behov for forskning og utvikling av prosesser som kan bedre dagens teknologi. Bioenergi inkluderer blant annet biogass, biodiesel og bioetanol. Disse kan brukes som drivstoff og kan bidra til å redusere utslippene av drivhusgass fra transportsektoren. Utnyttelse av marin biomasse for bioenergiproduksjon er av særlig interesse, da det ikke avhenger av landareal og ferskvann for dyrking. Brunalger er marine alger med høyt innhold av karbohydrater og høy produktivitet. De akkumulerer karbohydratene mannitol og laminaran som opplagsnæring, og alginat er en svært viktig strukturkomponent i algene. Forskning viser at laminaran og mannitol kan fermenteres til etanol, men lite er gjort for å se på muligheter for også å omdanne alginatet til bioetanol og på den måten øke utbyttet av prosessen. Bioenergi fra marine alger er med dagens teknologi ikke konkurransedyktig på grunn av høye kostnader og lavt utbytte.Målet med oppgaven var å finne og karakterisere alginatdegraderende bakteriestammer med fermentativ metabolisme, og helst etanolproduksjon. Dette ble gjort ved å velge ut bakteriestammer med stort potensial for vekst på alginat fra isolerte og innkjøpte stammer. Det ble videre utført en rekke vekstforsøk med de utvalgte stammene på alginat, mannitol og glukose, med ulik begrensning av oksygentilførsel. Fermenteringsprodukter og substratkonsentrasjon ble bestemt ved hjelp av høypresisjonsvæskekromatografi (HPLC) og enzymatisk alginatanalyse. Det var også et ønske om å identifisere enzymer og eventuelt gener for alginatdegradering og fermenteringsspor. Alginatdegradering og ekstracellulære enzymer ble karakterisert ved hjelp av høypresisjon anionbytter-kromatografi med pulsamperiometrisk deteksjon (HPAEC-PAD). Intracellulære enzymer antatt involvert i alginatomsetting ble forsøkt påvist med DNA ekstraksjon og amplifisering med polymerasekjedereaksjon (PCR).De innledende forsøkene viste at mange av de isolerte stammene kunne utnytte alginat som vekstmedium. Både kråkebolletarm og råtnende tare viste seg å være gode kilder for alginatdegraderende bakteriestammer. Alle bestilte bakteriestammene kunne utnytte alginat. Av de utvalgte stammene som ble analysert videre hadde kun en stamme etanolproduksjon. Denne produserte etanol fra glukose og mannitol, men ikke fra alginat. Fra mannitol økte etanolutbytte når oksygentilførselen ble begrenset, og høyest oppnådde utbytte uten optimalisering var 0,23 g/g. Årsaken til at stammen ikke produserte etanol fra alginat var mest sannsynlig at redoksreaksjonen fra alginat til etanol ikke er balansert. Ekstracellulære alginat lyaser i de utvalgte stammene ble identifisert, og HPAEC-PAD analysen viste en nedbryting til hovedsakelig di- og tirmerer med den umettede uronsyren 4-deoxy-5-ketouronsyre som endegruppe. Videre intracellulært nedbrytingsspor lyktes ikke å identifisere, men nedbryting av umettede uronsyrer og dårlig vekst på andre uronsyrer styrket hypotesen om en direkte omdanning til 2-keto-3-deoxy-D-glukoat.Resultatene viste at en av hovedutfordringene med produksjon av bioetanol fra tare og alginat er å balansere nedbrytingssporet fra alginat til etanol. Mer detaljerte fermentorforsøk med alginatdegraderende og etanolfermenterende stammer kan gi svar på om det er praktisk og økonomisk mulig med en produksjon av bioetanol fra tare der alginat inkluderes. Det vurderes nå muligheter for utvikling av et bioraffineri, hvor etanolproduksjon fra karbohydratene mannitol og laminaran kan kombineres med at resten av materialet utnyttes, eksempelvis til biogass. Dette kan vise seg å være en bedre mulighet enn fermentering av alginat til etanol