Uusi tutkimus osoittaa, että isopreeni voisi olla osa tulevaisuuden ratkaisua fossiilivapaiden polttoaineiden löytämiseksi lentokoneille. Isopreenia voivat tuottaa sinilevät eli syanobakteerit auringonvalosta, vedestä ja tavallisesta hiilidioksidista, ja syanobakteerien tuottavuus kasvaa, jos ne altistetaan violetille valolle tai korkeammille lämpötiloille. 

Tämä on tulos kahdesta eri tutkimuksesta, jotka tehtiin Uppsalan yliopiston kemian laitoksella – Ångströmin tiedekunnassa. Tutkimukset on nyt julkaistu Photochemical & Photobiological Sciences -lehdessä ja Bioresource Technology -lehdessä. 

”Tutkimuksemme osoittaa, että isopreeni on itse asiassa ihanteellinen hiilivety ja että fotokemiallinen reaktio voidaan optimoida olosuhteisiin, jotka soveltuvat myös fotobiologiselle isopreenin tuotannolle”, sanoo Henrik Ottosson, fysikaalisen orgaanisen kemian vanhempi lehtori ja yhden tutkimuksen pääkirjoittaja.

Kestävä lentopolttoaine (Sustainable aviation fuel, SAF) on tärkeä osa fossiilittomien lentopolttoaineiden kehittämistä ja viime kädessä lentoliikenteen hiilidioksidipäästöjen vähentämistä. Vaikka sähköinen lentoliikenne voi olla toinen ratkaisu, erityisesti lyhyille lennoille, nykyinen akkukapasiteetti ei riitä pidemmille lennoille. Uusi tapa luoda kestävää lentopolttoainetta voisi olla auringonvalon avulla fotosynteettisten mikro-organismien tuottama hiilivetytuotanto. 

Kaksi Uppsalan yliopiston tutkimusryhmää, joita johtavat Henrik Ottosson ja Pia Lindberg, ovat tutkineet yhdistettyä fotobiologis-fotokemiallista menetelmää synteettisen kestävän lentopolttoaineen tuottamiseksi. Tutkimuksessaan he ovat käyttäneet geneettisesti muunnettuja fotosynteettisiä mikro-organismeja, syanobakteereja, jotka on geneettisesti muunnettu vastaanottamaan uuden entsyymin eukalyptuspuusta. Entsyymin avulla syanobakteerit voivat käyttää auringonvaloa ja ilmassa olevaa tavallista hiilidioksidia hiilivety-isopreenin tuottamiseen. 

Aiemmassa, marraskuussa 2022 julkaistussa tutkimuksessa samat tutkijat raportoivat, että syanobakteereista peräisin oleva isopreeni voidaan fotokemiallisesti dimerisoida suuremmiksi hiilivedyiksi, jotka hydrauksen jälkeen ovat hyvin samanlaisia kuin nykyään käytettävät lentopolttoaineet. Menetelmällä on potentiaalia olla erittäin hyödyllinen, koska se käyttää auringonvaloa energianlähteenä molemmissa vaiheissa. Yksi kysymys on kuitenkin se, onko isopreeni paras lähtöaine fotokemialliselle reaktiolle.

Selvittääkseen, soveltuuko kestävän lentopolttoaineen tuotantoon parhaiten isopreeni vai onko olemassa muita hiilivetyjä, Henrik Ottossonin tutkimusryhmä on tutkinut useita erilaisia pieniä hiilivetyjä, joista useita voidaan tuottaa bioteknologisesti. Tutkimuksen tulokset osoittavat, miten hiilivedyn molekyylirakenne vaikuttaa siihen, kuinka tehokkaasti se läpäisee fotokemiallisen reaktion.

Vaikka syanobakteerit voivat tuottaa isopreenia, muodostuva määrä on silti hyvin pieni. Siksi Pia Lindbergin tutkimusryhmä on yhteistyössä muun muassa Brnossa, Tšekin tasavallassa sijaitsevan Global Change Research Instituten kanssa tehnyt tutkimuksen selvittääkseen, mitkä viljelyolosuhteet voivat vaikuttaa tuottavuuteen. 

"Voimme osoittaa, että violetti valo tai korkeammat lämpötilat voivat lisätä syanobakteerien tuottavuutta. Voidaan myös nähdä, että isopreeni antaa syanobakteereille paremman lämmönkestävyyden, joten ne selviytyvät normaalia korkeammissa lämpötiloissa, mikä voisi olla hyväksi auringonvaloa hyödyntävälle suuremmalle tuotannolle", sanoo Pia Lindberg, mikrobikemian vanhempi lehtori ja toisen tutkimuksen päätekijä.

Fotobiologisten ja fotokemiallisten osavaiheiden tulokset parantavat mahdollisuuksia korvata fossiilisia lähteitä lentopolttoaineessa. Teknologiaa on kehitettävä siten, että vakiintuneen teollisen prosessin perimmäinen tavoite vuoteen 2040 mennessä voidaan saavuttaa.

Lähde: Lehdistötiedotteen mukaan.