Trong cuộc tìm kiếm nhiên liệu không hóa thạch cho máy bay, một nghiên cứu mới cho thấy isoprene có thể là một phần của giải pháp trong tương lai. Isoprene có thể được tạo ra bởi tảo lam từ ánh sáng mặt trời, nước và carbon dioxide thông thường. Năng suất của vi khuẩn lam tăng lên nếu chúng tiếp xúc với ánh sáng tím hoặc nhiệt độ cao hơn, và isoprene là chất lý tưởng để xử lý quang hóa thành nhiên liệu hàng không.
Đây là những phát hiện của hai nghiên cứu riêng biệt từ Khoa Hóa học—Phòng thí nghiệm Ångström tại Đại học Uppsala, hiện đang được xuất bản trên Khoa học Quang hóa & Quang sinh học và Công nghệ Nguồn sinh học .
Henrik Ottosson, Phó Giáo sư Hóa học Hữu cơ Vật lý và là tác giả chính của một trong những nghiên cứu cho biết: "Nghiên cứu của chúng tôi cho thấy rằng isoprene thực sự là một hydrocarbon lý tưởng và phản ứng quang hóa có thể được tối ưu hóa trong các điều kiện phù hợp để sản xuất isoprene quang sinh học". .
Nhiên liệu hàng không bền vững (SAF) đóng một vai trò quan trọng trong việc phát triển nhiên liệu hàng không không có hóa thạch và bằng cách mở rộng giảm lượng khí thải carbon dioxide từ ngành hàng không. Mặc dù hàng không điện có thể cung cấp một giải pháp khác, đặc biệt là cho các chuyến bay ngắn, nhưng pin vẫn không cung cấp đủ năng lượng cho các chuyến bay dài hơn. Một cách mới nổi để tạo ra nhiên liệu hàng không bền vững có thể là sản xuất hydrocacbon nhờ năng lượng mặt trời nhờ các vi sinh vật quang hợp.
Hai nhóm nghiên cứu tại Đại học Uppsala, do Henrik Ottosson và Pia Lindberg đứng đầu, đã nghiên cứu một phương pháp quang sinh-quang hóa kết hợp để sản xuất nhiên liệu hàng không bền vững tổng hợp. Trong nghiên cứu của mình, họ đã sử dụng các vi sinh vật quang hợp biến đổi gen, vi khuẩn lam , đã được biến đổi gen để bao gồm một loại enzyme mới từ cây bạch đàn. Enzyme này cho phép vi khuẩn lam sản xuất hydrocarbon isoprene, sử dụng năng lượng mặt trời và carbon dioxide từ không khí.
Trong một nghiên cứu trước đây, được công bố vào tháng 11 năm 2022, cũng chính các nhà nghiên cứu đã báo cáo rằng isoprene từ vi khuẩn lam có thể được khử bằng phương pháp quang hóa thành các hydrocacbon lớn hơn, sau quá trình hydro hóa, rất giống với nhiên liệu hàng không hiện có . Phương pháp này có tiềm năng sử dụng rất lớn, vì nó sử dụng ánh sáng mặt trời làm nguồn năng lượng cho cả hai quá trình. Tuy nhiên, một câu hỏi đặt ra là liệu bản thân isoprene có phải là nguyên liệu ban đầu tốt nhất cho phản ứng quang hóa hay không.
Để tìm hiểu xem liệu isoprene hoặc một số hydrocarbon khác có phù hợp nhất để sản xuất nhiên liệu hàng không bền vững hay không, nhóm nghiên cứu của Henrik Ottosson đã nghiên cứu một tập hợp mở rộng các hydrocarbon nhỏ, một vài trong số đó có thể được sản xuất bằng phương pháp công nghệ sinh học. Kết quả nghiên cứu cho thấy cấu trúc phân tử của hydrocacbon ảnh hưởng đến hiệu quả mà nó trải qua phản ứng quang hóa.
Mặc dù isoprene rõ ràng có thể được sản xuất bởi vi khuẩn lam, nhưng năng suất tổng thể vẫn rất thấp. Do đó, nhóm nghiên cứu của Pia Lindberg, phối hợp với Viện Nghiên cứu Thay đổi Toàn cầu ở Brno, Cộng hòa Séc và các viện khác, đã thực hiện một nghiên cứu để điều tra các điều kiện canh tác có thể ảnh hưởng đến năng suất.
"Chúng tôi có thể chỉ ra rằng cả ánh sáng tím và nhiệt độ cao hơn đều có thể làm tăng năng suất của vi khuẩn lam. Một phát hiện khác là isoprene làm tăng khả năng chịu nhiệt của vi khuẩn lam, cho phép chúng tồn tại ở nhiệt độ cao hơn bình thường, đây có thể là một lợi thế cho vi khuẩn lam lớn". -quy mô sản xuất sử dụng ánh sáng mặt trời," Lindberg, Phó Giáo sư Hóa học Vi sinh vật và là tác giả của nghiên cứu khác cho biết.
Kết quả từ các quá trình quang sinh học và quang hóa cải thiện triển vọng thay thế nhiên liệu hóa thạch trong ngành hàng không . Công nghệ này sẽ cần phát triển hơn nữa để có thể thực hiện mục tiêu cuối cùng là thiết lập một quy trình công nghiệp vào năm 2040.
