微生物を使って超高速ロケット燃料を作る: 超高速ロケット燃料を作るために微生物を利用する(Bacteria for Blastoff: Using Microbes to Make Supercharged New Rocket Fuel)

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科学者たちは、自然界で最もユニークな分子のひとつをもとに、エネルギー密度の高い新種のバイオ燃料を開発しました。 Scientists have developed a new class of energy-dense biofuels based on one of nature’s most unique molecules

2022-06-30 ローレンスバークレー国立研究所(LBNL)

バイオ燃料の専門家グループは、生物学がもたらす利点をよく理解しており、放線菌が作る並外れた抗真菌分子からインスピレーションを得て、NASAが使用するロケット燃料を含む、現在使用されている最先端の燃料よりも高いエネルギー密度を予測できる全く新しい種類の燃料を開発しました。
これらの燃料は、大気中の二酸化炭素から作られる植物性物質を餌とするバクテリアから作られるので、エンジンで燃やすことにより、石油から作られる燃料に比べて、温室効果ガスの添加量を大幅に減らすことができます。
POP-FAME(ポリシクロプロパン脂肪酸メチルエステル)と呼ばれるこの燃料候補分子の驚くべきエネルギーポテンシャルは、その構造の基本化学に由来するものだ。ポリシクロプロパン化脂肪酸メチルエステルは、三角形の炭素環を複数持ち、炭素-炭素結合の角度が60度と鋭角になっている。この歪んだ結合の位置エネルギーが、燃料によく見られる大きな環状構造や炭素-炭素鎖よりも大きな燃焼エネルギーに変換されるのだ。さらに、この構造によって、燃料分子は小さな体積の中にぎっしりと詰め込まれ、タンクに入る燃料の質量、つまり総エネルギーが増加する。

<関連情報>

ポリシクロプロパン系高エネルギーバイオ燃料の生合成 Biosynthesis of polycyclopropanated high energy biofuels

Pablo Cruz-Morales, Kevin Yin,Alexander Landera,John R.Cort,Robert P.Young,Jennifer E.Kyle,Robert Bertrand,Anthony T.Iavarone,Suneil Acharya,Aidan Cowan,Yan Chen,Jennifer W.Gin,Corinne D.Scown,Christopher J.Petzold,Carolina Araujo-Barcelos,Eric Sundstrom,Anthe George,Yuzhong Liu,Sarah Klass,Alberto A.Nava,Jay D.Keasling
Joule   Published: June 30, 2022
DOI:https://doi.org/10.1016/j.joule.2022.05.011

Summary

Cyclopropane-functionalized hydrocarbons are excellent fuels due their high energy density. However, the organic synthesis of these molecules is challenging. In this work, we produced polycyclopropanated fatty acids in bacteria. These molecules can be converted into renewable fuels for energy-demanding applications such as shipping, long-haul transport, aviation, and rocketry. We explored the chemical diversity encoded in thousands of bacterial genomes to identify and repurpose naturally occurring cyclopropanated molecules. We identified a set of candidate iterative polyketide synthases (iPKSs) predicted to produce polycyclopropanated fatty acids (POP-FAs), expressed them in Streptomycescoelicolor, and produced POP-FAs. We determined the structure of the molecules and increased their production 22-fold. Finally, we produced polycyclopropanated fatty acid methyl esters (POP-FAMEs). Our POP fuel candidates can have net heating values of more than 50 MJ/L. Our research shows that the POP-FAMEs and other POPs have the energetic properties for energy-demanding applications for which sustainable alternatives are scarce.

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