ब्यूटेनॉल ईंधन: Difference between revisions
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सायनोबैक्टीरिया की प्राथमिक कमियाँ हैं: | सायनोबैक्टीरिया की प्राथमिक कमियाँ हैं: | ||
* बड़े होने पर | * वह बड़े होने पर पर्यावरणीय परिस्थितियों के प्रति संवेदनशील होते हैं। साइनोबैक्टीरिया अनुचित तरंग दैर्ध्य और तीव्रता के सूर्य के प्रकाश, अनुचित एकाग्रता के CO<sub>2</sub> या अनुचित लवणता के H<sub>2</sub>O से बहुत पीड़ित होते हैं, चूकी साइनोबैक्टीरिया की बहुतायत खारे और समुद्री पानी में बढ़ने में सक्षम है। इन कारकों को सामान्यतः नियंत्रित करना जटिल होता है और आइसोबुटानोल के साइनोबैक्टीरियल उत्पादन में बड़ी बाधा उत्पन्न करते हैं।<ref name="Thug life">{{cite journal |vauthors=Singh NK, Dhar DW |title=दूसरी पीढ़ी के जैव ईंधन के रूप में सूक्ष्म शैवाल। एक समीक्षा|journal=Agronomy for Sustainable Development |date=11 March 2011 |volume=31 |issue=4 |pages=605–629 |doi=10.1007/s13593-011-0018-0 |s2cid=38589348 |url=https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-00930486/file/hal-00930486.pdf}}</ref> | ||
* सायनोबैक्टीरिया [[बायोरिएक्टर]] को संचालित करने के लिए उच्च ऊर्जा की आवश्यकता होती है। | * सायनोबैक्टीरिया [[बायोरिएक्टर]] को संचालित करने के लिए उच्च ऊर्जा की आवश्यकता होती है। कल्चर को निरंतर मिश्रण की आवश्यकता होती है और जैव संश्लेषक उत्पादों की कटाई गहन ऊर्जा है। इससे सायनोबैक्टीरिया के माध्यम से आइसोबुटानॉल उत्पादन की दक्षता कम हो जाती है।<ref name="Thug life" /> | ||
साइनोबैक्टीरिया को उनके ब्यूटेनॉल उत्पादन को बढ़ाने के लिए फिर से इंजीनियर किया जा सकता है, जो | साइनोबैक्टीरिया को उनके ब्यूटेनॉल उत्पादन को बढ़ाने के लिए फिर से इंजीनियर किया जा सकता है, जो पाथवे इंजीनियरिंग में डिजाइन सिद्धांत के रूप में एटीपी और कॉफ़ेक्टर ड्राइविंग बलों के महत्व को दर्शाता है। अनेक जीवों में [[ एसिटाइल कोआ ]] पर निर्भर मार्ग का उपयोग करके ब्यूटेनॉल का उत्पादन करने की क्षमता होती है। इस मार्ग के साथ मुख्य समस्या पहली प्रतिक्रिया है, जिसमें दो एसिटाइल-सीओए अणुओं का [[एसिटोएसिटाइल-सीओए]] में संघनन सम्मिलित है। यह प्रतिक्रिया इससे जुड़ी धनात्मक [[गिब्स मुक्त ऊर्जा]] (डीजी = 6.8 किलो कैलोरी/मोल) के कारण थर्मोडायनामिक रूप से प्रतिकूल है।<ref>{{cite journal|title=एसीटोएसिटाइल कोएंजाइम-एसीटोएसीटेट के एंजाइमैटिक ब्रेकडाउन और संश्लेषण में मध्यवर्ती के रूप में|journal=J Am Chem Soc |year=1953|volume=75|issue=6|pages=1517–1518|vauthors=Stern JR, Coon MJ, Delcampillo A |doi=10.1021/ja01102a540}}</ref><ref>{{cite journal |title=एटीपी सायनोबैक्टीरिया में 1-ब्यूटेनॉल के प्रत्यक्ष प्रकाश संश्लेषक उत्पादन को संचालित करता है|journal=Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America|year=2012|vauthors=Lan EI, Liao JC |doi=10.1073/pnas.1200074109 |bibcode=2012PNAS..109.6018L |volume=109 |issue=16 |pages=6018–6023 |pmid=22474341 |pmc=3341080 |doi-access=free}}</ref> | ||
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* एस. सेरेविसिया को कम [[पीएच]] पर उगाया जा सकता है, जिससे औद्योगिक बायोरिएक्टरों में वृद्धि के दौरान संदूषण को रोकने में मदद मिलती है।<ref name="Nature Review" />* एस. सेरेविसिया बैक्टीरियोफेज से प्रभावित नहीं हो सकता क्योंकि यह एक [[यूकेरियोट]] है।<ref name="Nature Review" />*एस. सेरेविसिया और इसके जीव विज्ञान के बारे में व्यापक वैज्ञानिक ज्ञान पहले से ही उपस्थित है।<ref name="Nature Review" /> | * एस. सेरेविसिया को कम [[पीएच]] पर उगाया जा सकता है, जिससे औद्योगिक बायोरिएक्टरों में वृद्धि के दौरान संदूषण को रोकने में मदद मिलती है।<ref name="Nature Review" />* एस. सेरेविसिया बैक्टीरियोफेज से प्रभावित नहीं हो सकता क्योंकि यह एक [[यूकेरियोट]] है।<ref name="Nature Review" />*एस. सेरेविसिया और इसके जीव विज्ञान के बारे में व्यापक वैज्ञानिक ज्ञान पहले से ही उपस्थित है।<ref name="Nature Review" /> | ||
एस. सेरेविसिया के वहलिन बायोसिंथेटिक मार्ग में एंजाइमों की अधिक अभिव्यक्ति का उपयोग आइसोबुटानॉल उपज में सुधार के लिए किया गया है।<ref name="Ehrlich pathway enhance"/><ref name=cytosol>{{cite journal |author1=MATSUDA, Fumio |author2=KONDO, Takashi |author3=IDA, Kengo |author4=TEZUKA, Hironori |author5=ISHII, Jun |author6= KONDO, Akihiko |title=सैक्रोमाइसेस सेरेविसिया के साइटोसोल में आइसोबुटानॉल जैवसंश्लेषण के लिए एक कृत्रिम मार्ग का निर्माण|journal=Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry |date=1 January 2012 |volume=76 |issue=11 |pages=2139–2141 |doi=10.1271/bbb.120420 |pmid=23132567 |s2cid=21726896}}</ref><ref name="overexpression of 2-keto">{{cite journal|author1=Lee, Won-Heong |author2=Seo, Seung-Oh |author3=Bae, Yi-Hyun |author4=Nan, Hong |author5=Jin, Yong-Su |author6=Seo, Jin-Ho |title=Isobutanol production in engineered Saccharomyces cerevisiae by overexpression of 2-ketoisovalerate decarboxylase and valine biosynthetic enzymes|journal=Bioprocess and Biosystems Engineering |date=28 April 2012 |volume=35 |issue=9 |pages=1467–1475 |pmid=22543927 |s2cid=25012774 |doi=10.1007/s00449-012-0736-y}}</ref> चूंकि, एस. सेरेविसिया में अंतर्निहित जीव विज्ञान के कारण इसके साथ काम करना | एस. सेरेविसिया के वहलिन बायोसिंथेटिक मार्ग में एंजाइमों की अधिक अभिव्यक्ति का उपयोग आइसोबुटानॉल उपज में सुधार के लिए किया गया है।<ref name="Ehrlich pathway enhance"/><ref name=cytosol>{{cite journal |author1=MATSUDA, Fumio |author2=KONDO, Takashi |author3=IDA, Kengo |author4=TEZUKA, Hironori |author5=ISHII, Jun |author6= KONDO, Akihiko |title=सैक्रोमाइसेस सेरेविसिया के साइटोसोल में आइसोबुटानॉल जैवसंश्लेषण के लिए एक कृत्रिम मार्ग का निर्माण|journal=Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry |date=1 January 2012 |volume=76 |issue=11 |pages=2139–2141 |doi=10.1271/bbb.120420 |pmid=23132567 |s2cid=21726896}}</ref><ref name="overexpression of 2-keto">{{cite journal|author1=Lee, Won-Heong |author2=Seo, Seung-Oh |author3=Bae, Yi-Hyun |author4=Nan, Hong |author5=Jin, Yong-Su |author6=Seo, Jin-Ho |title=Isobutanol production in engineered Saccharomyces cerevisiae by overexpression of 2-ketoisovalerate decarboxylase and valine biosynthetic enzymes|journal=Bioprocess and Biosystems Engineering |date=28 April 2012 |volume=35 |issue=9 |pages=1467–1475 |pmid=22543927 |s2cid=25012774 |doi=10.1007/s00449-012-0736-y}}</ref> चूंकि, एस. सेरेविसिया में अंतर्निहित जीव विज्ञान के कारण इसके साथ काम करना जटिल सिद्ध हुआ है: | ||
* यूकेरियोट के रूप में, एस. सेरेविसिया आनुवंशिक रूप से ई. कोली या बी. सबटिलिस की तुलना में अधिक जटिल है, और परिणामस्वरूप आनुवंशिक रूप से परिवर्तन करना | * यूकेरियोट के रूप में, एस. सेरेविसिया आनुवंशिक रूप से ई. कोली या बी. सबटिलिस की तुलना में अधिक जटिल है, और परिणामस्वरूप आनुवंशिक रूप से परिवर्तन करना जटिल होता है।<ref name="Nature Review" /> | ||
* एस. सेरेविसिया में इथेनॉल#किण्वन होता है। यह प्राकृतिक क्षमता प्रबल हो सकती है और परिणामस्वरूप एस. सेरेविसिया द्वारा आइसोबुटानॉल उत्पादन को रोक सकती है।<ref name="Nature Review" />* एस. सेरेविसिया आइसोबुटानॉल का उत्पादन करने के लिए पांच-कार्बन शर्करा का उपयोग नहीं कर सकता है। पांच-कार्बन शर्करा का उपयोग करने में असमर्थता एस. सेरेविसिया को लिग्नोसेल्यूलोज का उपयोग करने से रोकती है, और इसका अर्थ है कि एस. सेरेविसिया को आइसोबुटानोल का उत्पादन करने के लिए मानव उपभोग के लिए इच्छित पौधे पदार्थ का उपयोग करना चाहिए। जब एस. सेरेविसिया द्वारा आइसोबुटानॉल का उत्पादन किया जाता है तब इसके परिणामस्वरूप प्रतिकूल खाद्य/ईंधन मूल्य संबंध उत्पन्न होता है।<ref name="Nature Review" /> | * एस. सेरेविसिया में इथेनॉल#किण्वन होता है। यह प्राकृतिक क्षमता प्रबल हो सकती है और परिणामस्वरूप एस. सेरेविसिया द्वारा आइसोबुटानॉल उत्पादन को रोक सकती है।<ref name="Nature Review" />* एस. सेरेविसिया आइसोबुटानॉल का उत्पादन करने के लिए पांच-कार्बन शर्करा का उपयोग नहीं कर सकता है। पांच-कार्बन शर्करा का उपयोग करने में असमर्थता एस. सेरेविसिया को लिग्नोसेल्यूलोज का उपयोग करने से रोकती है, और इसका अर्थ है कि एस. सेरेविसिया को आइसोबुटानोल का उत्पादन करने के लिए मानव उपभोग के लिए इच्छित पौधे पदार्थ का उपयोग करना चाहिए। जब एस. सेरेविसिया द्वारा आइसोबुटानॉल का उत्पादन किया जाता है तब इसके परिणामस्वरूप प्रतिकूल खाद्य/ईंधन मूल्य संबंध उत्पन्न होता है।<ref name="Nature Review" /> | ||
Revision as of 09:37, 10 August 2023
ब्यूटेनॉल का उपयोग आंतरिक दहन इंजन में ईंधन के रूप में किया जा सकता है। यह इथेनॉल की तुलना में गैसोलीन के अधिक समान है। सी4-हाइड्रोकार्बन, ब्यूटेनॉल जैव-व्युत्पन्न ईंधन है और इस प्रकार बिना किसी संशोधन के गैसोलीन के साथ उपयोग के लिए डिज़ाइन किए गए वाहनों में काम करता है।[1] आइसोबुटानोल एन-ब्यूटेनॉल और आइसोबुटानॉल दोनों का संभावित ईंधन के रूप में अध्ययन किया गया है। दोनों का उत्पादन बायोमास (बायोबुटानॉल के रूप में)[2][3][4]) और साथ ही जीवाश्म ईंधन (पेट्रोब्यूटेनॉल के रूप में) से किया जा सकता है।[5]) रासायनिक गुण आइसोमर (एन-ब्यूटेनॉल या आइसोबुटानॉल) पर निर्भर करते हैं। इसकी उत्पादन विधि पर निर्भर नहीं करते है।
चूंकि अनेक स्थितियों में जटिल, ब्यूटेनॉल ईंधन संभवतः ही कभी आर्थिक रूप से प्रतिस्पर्धी होता है।
आनुवंशिक रूप से संशोधित जीव
ब्यूटेनॉल की उच्च उपज प्राप्त करने में मेटाबॉलिक इंजीनियरिंग और जेनेटिक इंजीनियरिंग का उपयोग करके मेटाबोलिक नेटवर्क में परिवर्तन सम्मिलित है।[6][7] जबकि यह महत्वपूर्ण प्रगति हुई है, ब्यूटेनॉल के उत्पादन के लिए किण्वन (जैव रसायन) मार्ग अप्रभावी बने हुए हैं। टिटर और उपज कम है और पृथक्करण बहुत मूल्यवान है। इस प्रकार ब्यूटेनॉल का माइक्रोबियल उत्पादन पेट्रोलियम-व्युत्पन्न ब्यूटेनॉल के सापेक्ष व्यय-प्रतिस्पर्धी नहीं है।[8]
चूंकि व्यावसायिक रूप से अप्रमाणित, इलेक्ट्रोकेमिकल और माइक्रोबियल उत्पादन विधियों का संयोजन स्थायी ऊर्जा से ब्यूटेनॉल का उत्पादन करने का उपाय प्रदान कर सकता है।[9]
इशरीकिया कोली
एस्चेरिचिया कोली या ई. कोली, एक ग्राम ऋणात्मक , बेसिलस छड़ के आकार काजीवाणु है। ई. कोलाई वह सूक्ष्मजीव है, जिसके आइसोबुटानॉल के व्यावसायिक उत्पादन की ओर बढ़ने की सबसे अधिक संभावना है।[10] अपने इंजीनियर्ड रूप में, ई. कोलाई किसी भी सूक्ष्मजीव की तुलना में आइसोबुटानॉल की उच्चतम उपज उत्पन्न करता है।[citation needed] ई. कोली के चयापचय में सुधार के लिए मेटाबोलिक नेटवर्क मेटाबोलिक नेटवर्क सिमुलेशन जैसी विधियों का उपयोग किया गया है, जिससे बड़ी मात्रा में आइसोबुटानॉल का उत्पादन किया जा सके।[11] ई. कोलाई अनेक कारणों से आदर्श आइसोबुटानॉल जैव-संश्लेषक है:
- ई. कोलाई ऐसा जीव है, जिसके लिए आनुवंशिक परिवर्तन के अनेक उपकरण उपस्थित हैं और यह ऐसा जीव है, जिसके लिए वैज्ञानिक साहित्य का व्यापक भंडार उपस्थित है।[10] ज्ञान का यह खजाना वैज्ञानिकों द्वारा ई. कोलाई को सरलता से संशोधित करने की अनुमति देता है।
- ई. कोलाई में आइसोबुटानॉल के संश्लेषण में लिग्नोसेल्यूलोज (कृषि से बचा हुआ अपशिष्ट पौधा पदार्थ) का उपयोग करने की क्षमता है। लिग्नो सेलूलोज़ का उपयोग ई. कोलाई को मानव उपभोग के लिए पादप पदार्थ का उपयोग करने से रोकता है और किसी भी खाद्य-ईंधन मूल्य संबंध को रोकता है। जो ई. कोलाई द्वारा आइसोबुटानॉल के जैवसंश्लेषण से होता है।[10]
- आनुवंशिक संशोधन का उपयोग लिग्नोसेल्यूलोज के क्षेत्र को व्यापक बनाने के लिए किया गया है। जिसका उपयोग ई. कोलाई द्वारा किया जा सकता है। इसने ई. कोली को उपयोगी और विविध आइसोबुटानॉल जैव-संश्लेषक बना दिया है।[12]
ई. कोलाई का प्राथमिक दोष यह है कि बड़े होने पर यह अक्तेरिओफगेस के प्रति संवहदनशील होता है। यह संवहदनशीलता संभावित रूप से सम्पूर्ण बायोरिएक्टर को संवृत कर सकती है।[10] इसके अतिरिक्त, ई. कोली में आइसोबुटानॉल के लिए मूल प्रतिक्रिया मार्ग कोशिका में आइसोबुटानॉल की सीमित सांद्रता पर अच्छी प्रकार से कार्य करता है। उच्च सांद्रता में ई. कोलाई की संवहदनशीलता को कम करने के लिए, संश्लेषण में सम्मिलित एंजाइमो के उत्परिवर्तकों को यादृच्छिक उत्परिवर्तन द्वारा उत्पन्न किया जा सकता है। संयोग से कुछ उत्परिवर्ती आइसोबुटानॉल के प्रति अधिक प्रभावी सिद्ध हो सकते हैं, जो संश्लेषण की समग्र उपज को बढ़ाएगा।[13]
क्लोस्ट्रिडिया
एन-ब्यूटेनॉल का उत्पादन ए.बी.ई. द्वारा बायोमास के किण्वन (जैव रसायन) द्वारा किया जा सकता है। क्लोस्ट्रीडियम एसिटोब्यूटाइलिकम, क्लॉस्ट्रिडियम बेजरिनकी का उपयोग करके प्रक्रिया करें। सी. एसिटोब्यूटाइलिकम का उपयोग एक बार स्टार्च से एसीटोन के उत्पादन के लिए किया जाता था। ब्यूटेनॉल किण्वन का उप-उत्पाद था (ब्यूटेनॉल से दोगुना उत्पादन किया गया था)। बायोब्यूटेनॉल के लिए फीडस्टॉक इथेनॉल के लिए समान हैं: ऊर्जा फसले जैसे चुकंदर, गन्ना, मक्का अनाज, गेहूं और कसावा, संभावित गैर-खाद्य ऊर्जा फसलें जैसे स्विचग्रास और यहां तक कि उत्तरी अमेरिका में पार्थेनियम सिल्वर साथ ही कृषि उपोत्पाद जैसे खोई, पुआल और मक्के के डंठल (वनस्पति विज्ञान) आदि इनमे सम्मिलित है।[14] ड्यूपॉन्ट के अनुसार उपस्थित बायोएथेनॉल संयंत्रों को व्यय प्रभावी प्रकार से बायोब्यूटेनॉल उत्पादन के लिए फिर से तैयार किया जा सकता है।[15] इसके अतिरिक्त बायोमास और कृषि उपोत्पादों से ब्यूटेनॉल का उत्पादन इथेनॉल या मेथनॉल उत्पादन की तुलना में अधिक कुशल हो सकता है (अर्थात प्रति यूनिट सौर ऊर्जा व्यय के लिए यूनिट इंजन मोटिव पावर)।[16]
क्लोस्ट्रीडियम का प्रकार ऑक्सीजन की उपस्थिति में भी लगभग किसी भी प्रकार के सेल्यूलोज को ब्यूटेनॉल में परिवर्तित कर सकता है।[17]
क्लोस्ट्रीडियम सेलुलोलिटिकम का स्ट्रेन, प्राचीन सेल्युलोज-डिग्रेडिंग सूक्ष्म जीव, सेल्युलोज से सीधे आइसोबुटानॉल प्रदान करता है।[18]
क्लोस्ट्रीडियम क्लुयवहरी में उपस्थित चयापचय मार्गों का उपयोग करके ब्यूटायरेट (ब्यूटेनॉल ईंधन का अग्रदूत) का उत्पादन करने के लिए सक्सिनेट और इथेनॉल के संयोजन को किण्वित किया जा सकता है। सक्सिनेट टीसीए चक्र का मध्यवर्ती है, जो ग्लूकोज का चयापचय करता है। क्लोस्ट्रीडियम एसिटोब्यूटाइलिकम और क्लोस्ट्रीडियम सैकरोब्यूटाइलिकम जैसे अवायवीय जीव बैक्टीरिया में भी ये मार्ग होते हैं। सक्सिनेट को पहले सक्रिय किया जाता है और फिर 4-हाइड्रॉक्सीब्यूटाइरेट देने के लिए दो-चरणीय प्रतिक्रिया द्वारा कम किया जाता है, जिसे बाद में क्रोटोनील-सीओए चयापचय किया गया| क्रोटोनील-कोएंजाइम ए (सीओए) में चयापचय किया जाता है। फिर क्रोटोनील-सीओए को ब्यूटायरेट में बदल दिया जाता है। क्लोस्ट्रीडियम से इन ब्यूटेनॉल उत्पादन मार्गों से संबंधित जीन को ई. कोली में क्लोन किया गया था।[19]
साइनोबैक्टीरीया
सायनोबैक्टीरिया प्रकाश संश्लेषक जीवाणुओं का समूह है।[20] जब आनुवंशिक रूप से आइसोबुटानॉल और इसके अनुरूप एल्डीहाइड का उत्पादन करने के लिए इंजीनियर किया जाता है। तब वह आइसोबुटानॉल जैवसंश्लेषण के लिए उपयुक्त होते हैं।[21] सायनोबैक्टीरिया की आइसोबुटानॉल उत्पादक प्रजातियां जैव ईंधन सिंथेसाइज़र के रूप में अनेक लाभ प्रदान करती हैं:
- सायनोबैक्टीरिया पौधों की तुलना में तेजी से बढ़ते हैं[22] और पौधों की तुलना में सूर्य के प्रकाश को अधिक कुशलता से अवशोषित करते हैं।[23] इसका अर्थ यह है कि उन्हें अन्य जैव ईंधन बायोसिंथेसाइज़र के लिए उपयोग किए जाने वाले पौधे पदार्थ की तुलना में तीव्र दर से पुनःपूर्ति की जा सकती है।
- सायनोबैक्टीरिया को गैर-कृषि योग्य भूमि (खेती के लिए उपयोग न की जाने वाली भूमि) पर उगाया जा सकता है।[22] यह भोजन बनाम ईंधन को रोकता है।[22]
- सायनोबैक्टीरिया की वृद्धि के लिए आवश्यक पूरक CO2, H2O और सूर्य का प्रकाश हैं।[23]इससे दो लाभ मिलते हैं:
- क्योंकि CO2 वायुमंडल से प्राप्त होता है, सायनोबैक्टीरिया को आइसोबुटानॉल को संश्लेषित करने के लिए पौधे के पदार्थ की आवश्यकता नहीं होती है (अन्य जीवों में जो आइसोबुटानॉल को संश्लेषित करते हैं, पौधे का पदार्थ आइसोबुटानॉल को कृत्रिम रूप से एकत्रित करने के लिए आवश्यक कार्बन का स्रोत है)।[23] चूँकि आइसोबुटानॉल उत्पादन की इस विधि द्वारा पादप पदार्थ का उपयोग नहीं किया जाता है, इसलिए खाद्य स्रोतों से पादप पदार्थ प्राप्त करने और खाद्य-ईंधन मूल्य संबंध बनाने की आवश्यकता से बचा जाता है।[22]
- क्योंकि CO2 साइनोबैक्टीरिया द्वारा वायुमंडल से अवशोषित किया जाता है। जैविक उपचार की संभावना (साइनोबैक्टीरिया के रूप में अतिरिक्त CO2 को हटाकर वायुमंडल से) उपस्थित है।[23]
सायनोबैक्टीरिया की प्राथमिक कमियाँ हैं:
- वह बड़े होने पर पर्यावरणीय परिस्थितियों के प्रति संवेदनशील होते हैं। साइनोबैक्टीरिया अनुचित तरंग दैर्ध्य और तीव्रता के सूर्य के प्रकाश, अनुचित एकाग्रता के CO2 या अनुचित लवणता के H2O से बहुत पीड़ित होते हैं, चूकी साइनोबैक्टीरिया की बहुतायत खारे और समुद्री पानी में बढ़ने में सक्षम है। इन कारकों को सामान्यतः नियंत्रित करना जटिल होता है और आइसोबुटानोल के साइनोबैक्टीरियल उत्पादन में बड़ी बाधा उत्पन्न करते हैं।[24]
- सायनोबैक्टीरिया बायोरिएक्टर को संचालित करने के लिए उच्च ऊर्जा की आवश्यकता होती है। कल्चर को निरंतर मिश्रण की आवश्यकता होती है और जैव संश्लेषक उत्पादों की कटाई गहन ऊर्जा है। इससे सायनोबैक्टीरिया के माध्यम से आइसोबुटानॉल उत्पादन की दक्षता कम हो जाती है।[24]
साइनोबैक्टीरिया को उनके ब्यूटेनॉल उत्पादन को बढ़ाने के लिए फिर से इंजीनियर किया जा सकता है, जो पाथवे इंजीनियरिंग में डिजाइन सिद्धांत के रूप में एटीपी और कॉफ़ेक्टर ड्राइविंग बलों के महत्व को दर्शाता है। अनेक जीवों में एसिटाइल कोआ पर निर्भर मार्ग का उपयोग करके ब्यूटेनॉल का उत्पादन करने की क्षमता होती है। इस मार्ग के साथ मुख्य समस्या पहली प्रतिक्रिया है, जिसमें दो एसिटाइल-सीओए अणुओं का एसिटोएसिटाइल-सीओए में संघनन सम्मिलित है। यह प्रतिक्रिया इससे जुड़ी धनात्मक गिब्स मुक्त ऊर्जा (डीजी = 6.8 किलो कैलोरी/मोल) के कारण थर्मोडायनामिक रूप से प्रतिकूल है।[25][26]
बेसिलस सुबटिलिस
बैसिलस सबटिलिस एक ग्राम पॉजिटिव रॉड के आकार का बैक्टीरिया है। बैसिलस सबटिलिस ई. कोलाई के समान अनेक फायदे और नुकसान प्रदान करता है, लेकिन इसका कम प्रमुखता से उपयोग किया जाता है और यह ई. कोली जितनी बड़ी मात्रा में आइसोबुटानॉल का उत्पादन नहीं करता है।[10]ई. कोली के समान, बी. सबटिलिस लिग्नोसेल्युलोज से आइसोबुटानॉल का उत्पादन करने में सक्षम है, और सामान्य आनुवंशिक तकनीकों द्वारा सरलता से इसमें परिवर्तन किया जा सकता है।[10]प्राथमिक मोड विश्लेषण का उपयोग बी. सबटिलिस द्वारा उपयोग किए जाने वाले आइसोबुटानॉल-संश्लेषण चयापचय मार्ग को उत्तम बनाने के लिए भी किया गया है, जिससे आइसोबुटानॉल की उच्च उपज उत्पन्न होती है।[27]
Saccharomyces cerevisiae
सैक्रोमाइसेस सेरेविसिया, या एस. सेरेविसिया, खमीर की एक प्रजाति है। यह स्वाभाविक रूप से अपने वहलिन बायोसिंथेटिक मार्ग के माध्यम से कम मात्रा में आइसोबुटानॉल का उत्पादन करता है।[28] एस. सेरेविसिया अनेक कारणों से आइसोबुटानॉल जैव ईंधन उत्पादन के लिए एक आदर्श उम्मीदवार है:
- एस. सेरेविसिया को कम पीएच पर उगाया जा सकता है, जिससे औद्योगिक बायोरिएक्टरों में वृद्धि के दौरान संदूषण को रोकने में मदद मिलती है।[10]* एस. सेरेविसिया बैक्टीरियोफेज से प्रभावित नहीं हो सकता क्योंकि यह एक यूकेरियोट है।[10]*एस. सेरेविसिया और इसके जीव विज्ञान के बारे में व्यापक वैज्ञानिक ज्ञान पहले से ही उपस्थित है।[10]
एस. सेरेविसिया के वहलिन बायोसिंथेटिक मार्ग में एंजाइमों की अधिक अभिव्यक्ति का उपयोग आइसोबुटानॉल उपज में सुधार के लिए किया गया है।[28][29][30] चूंकि, एस. सेरेविसिया में अंतर्निहित जीव विज्ञान के कारण इसके साथ काम करना जटिल सिद्ध हुआ है:
- यूकेरियोट के रूप में, एस. सेरेविसिया आनुवंशिक रूप से ई. कोली या बी. सबटिलिस की तुलना में अधिक जटिल है, और परिणामस्वरूप आनुवंशिक रूप से परिवर्तन करना जटिल होता है।[10]
- एस. सेरेविसिया में इथेनॉल#किण्वन होता है। यह प्राकृतिक क्षमता प्रबल हो सकती है और परिणामस्वरूप एस. सेरेविसिया द्वारा आइसोबुटानॉल उत्पादन को रोक सकती है।[10]* एस. सेरेविसिया आइसोबुटानॉल का उत्पादन करने के लिए पांच-कार्बन शर्करा का उपयोग नहीं कर सकता है। पांच-कार्बन शर्करा का उपयोग करने में असमर्थता एस. सेरेविसिया को लिग्नोसेल्यूलोज का उपयोग करने से रोकती है, और इसका अर्थ है कि एस. सेरेविसिया को आइसोबुटानोल का उत्पादन करने के लिए मानव उपभोग के लिए इच्छित पौधे पदार्थ का उपयोग करना चाहिए। जब एस. सेरेविसिया द्वारा आइसोबुटानॉल का उत्पादन किया जाता है तब इसके परिणामस्वरूप प्रतिकूल खाद्य/ईंधन मूल्य संबंध उत्पन्न होता है।[10]
रालस्टोनिया यूट्रोफा
एक लालची हत्यारा (=रालस्टोनिया यूट्रोफा) एक ग्राम-नकारात्मक जीवाणु है | बेटाप्रोटोबैक्टीरिया वर्ग का ग्राम-नकारात्मक मृदा जीवाणु। यह अप्रत्यक्ष रूप से विद्युत ऊर्जा को आइसोबुटानोल में परिवर्तित करने में सक्षम है। यह रूपांतरण अनेक चरणों में पूरा होता है:[31]
- एनोड को एच के मिश्रण में रखा जाता है2ओ और सीओ2.
- एनोड के माध्यम से और एक इलेक्ट्रोकेमिकल प्रक्रिया एच के माध्यम से एक विद्युत धारा प्रवाहित की जाती है2ओ और सीओ2 चींटी का तेजाब को संश्लेषित करने के लिए संयुक्त किया जाता है।
- सी. नेकेटर (बिजली के प्रति सहिष्णु एक स्ट्रेन (जीव विज्ञान) से बना) का एक जीवाणु कल्चर एच के भीतर रखा जाता है2ओ और सीओ2 मिश्रण.
- सी. नेकेटर का कल्चर फिर मिश्रण से फॉर्मिक एसिड को आइसोबुटानॉल में परिवर्तित करता है।
- जैवसंश्लेषित आइसोबुटानॉल को फिर मिश्रण से अलग किया जाता है, और इसे जैव ईंधन के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है।
फीडस्टॉक्स
कच्चे माल की उच्च व्यय को ब्यूटेनॉल के व्यावसायिक उत्पादन में मुख्य बाधाओं में से एक माना जाता है। सस्ते और प्रचुर मात्रा में फीडस्टॉक का उपयोग, जैसे, मअनेक स्टोवर, प्रक्रिया की आर्थिक व्यवहार्यता को बढ़ा सकता है। <संदर्भ नाम = करीमी अलविजेह 641-653 >Karimi Alavijeh, Masih; Karimi, Keikhosro (March 2019). "अमेरिका में कॉर्न स्टोवर से बायोबूटानॉल का उत्पादन". Industrial Crops and Products. 129: 641–653. doi:10.1016/j.indcrop.2018.12.054. ISSN 0926-6690. S2CID 104367378.</ref>
मेटाबोलिक इंजीनियरिंग का उपयोग किसी जीव को ग्लूकोज के बजाय ग्लिसरॉल जैसे सस्ते सब्सट्रेट का उपयोग करने की अनुमति देने के लिए किया जा सकता है। क्योंकि किण्वन (जैव रसायन) प्रक्रियाओं के लिए खाद्य पदार्थों से प्राप्त ग्लूकोज की आवश्यकता होती है, ब्यूटेनॉल उत्पादन खाद्य आपूर्ति पर नकारात्मक प्रभाव डाल सकता है (भोजन बनाम ईंधन बहस देखें)। ब्यूटेनॉल उत्पादन के लिए ग्लिसरॉल एक अच्छा वैकल्पिक स्रोत है। जबकि ग्लूकोज स्रोत मूल्यवान और सीमित हैं, ग्लिसरॉल प्रचुर मात्रा में है और इसकी बाजार कीमत कम है क्योंकि यह बायोडीजल उत्पादन का अपशिष्ट उत्पाद है। ग्लिसरॉल से ब्यूटेनॉल का उत्पादन चयापचय मार्गों का उपयोग करके आर्थिक रूप से व्यवहार्य है जो जीवाणु क्लॉस्ट्रिडियम पेस्ट्यूरियनम में उपस्थित है। रेफरी>Malaviya A, Jang Y, Lee SY (2012). "क्लोस्ट्रीडियम पेस्ट्यूरियनम के एक अत्यधिक उत्पादक उत्परिवर्ती द्वारा ग्लिसरॉल से कम उपोत्पाद निर्माण के साथ निरंतर ब्यूटेनॉल उत्पादन". Appl Microbiol Biotechnol. 93 (4): 1485–1494. doi:10.1007/s00253-011-3629-0. PMID 22052388. S2CID 1597829.</ref>
दक्षता में सुधार
क्लाउड पॉइंट पृथक्करण नामक एक प्रक्रिया उच्च दक्षता के साथ ब्यूटेनॉल की पुनर्प्राप्ति की अनुमति दे सकती है।[32]
निर्माता और वितरण
ड्यूपॉन्ट और बीपी ने अगली पीढ़ी के जैव ईंधन के विकास, उत्पादन और विपणन के अपने संयुक्त प्रयास का पहला उत्पाद बायोबुटानॉल बनाने की योजना बनाई है।[33] यूरोप में स्विस कंपनी बुटाल्को[34] सेल्युलोसिक सामग्रियों से बायोब्यूटेनॉल के उत्पादन के लिए आनुवंशिक रूप से संशोधित यीस्ट विकसित कर रहा है। संयुक्त राज्य अमेरिका स्थित कंपनी गॉरमेट बुटानोल एक ऐसी प्रक्रिया विकसित कर रही है जो जैविक कचरे को बायोबुटानोल में परिवर्तित करने के लिए कवक का उपयोग करती है।[35][36] सेल्टिक नवीकरणीय व्हिस्की और निम्न-श्रेणी के आलू के उत्पादन से निकलने वाले कचरे से बायोबुटानॉ