दूसरी पीढ़ी का इथेनॉल (E2G), जो गन्ने के अवशेषों से प्राप्त होता है, बिना अधिक खेती वाले क्षेत्रों की आवश्यकता के जैव ईंधन के निर्माण का विस्तार करने के लिए एक विकल्प प्रदान करता है। पारंपरिक इथेनॉल के विपरीत, यह प्रकार का ईंधन उन सामग्रियों का उपयोग करता है जो चीनी और पहली पीढ़ी के इथेनॉल के उत्पादन के बाद बच जाती हैं।
कैम्पीनास राज्य विश्वविद्यालय (Unicamp) में संयुक्त राज्य अमेरिका के संस्थानों के सहयोग से किए गए एक शोध का उद्देश्य इस तकनीक की सबसे बड़ी बाधाओं में से एक को दूर करना है: उत्पादन प्रक्रिया की लागत और प्रभावकारिता। अध्ययन का ध्यान आनुवंशिक रूप से संशोधित बैक्टीरिया बनाने पर था, जिसका उद्देश्य इथेनॉल उत्पादन की उपज बढ़ाना था।
यह कार्य यूनिकैम्प के सेंटर फॉर मॉलिक्यूलर बायोलॉजी एंड जेनेटिक इंजीनियरिंग (CBMEG) में किया गया था और अमेरिकी कंपनी टेरागिया बायोफ्यूल (Terragia Biofuel) के लिए पेटेंट और लाइसेंस प्राप्त प्रौद्योगिकी में परिणत हुआ। प्रारंभिक परीक्षणों में अपरिवर्तित बैक्टीरिया की तुलना में उपज में लगभग 30% तक की वृद्धि प्रदर्शित हुई।
E2G गन्ने के प्रसंस्करण से बचे हुए गूदे और अन्य वनस्पति मलबे को कच्चे माल के रूप में उपयोग करता है। इन सामग्रियों में रेशेदार संरचनाओं में फंसी शर्करा होती है, जिसे अधिक इथेनॉल का उत्पादन करने के लिए उपचार और हाइड्रोलिसिस के माध्यम से मुक्त किया जा सकता है।
पहली पीढ़ी के इथेनॉल से मौलिक अंतर इसी अवशिष्ट सामग्री के उपयोग में निहित है। जबकि क्लासिक मॉडल मुख्य रूप से गन्ने के रस पर केंद्रित होता है, दूसरी पीढ़ी उन हिस्सों को ऊर्जा के अतिरिक्त स्रोत में परिवर्तित करने की तलाश करती है जिन्हें पहले फेंक दिया जाता था।
बायोमास के उपयोग में वृद्धि के अलावा, E2G का पर्यावरणीय प्रभाव कम होता है। ऐसा इसलिए होता है क्योंकि इसके ग्रीनहाउस गैस उत्सर्जन सामान्य इथेनॉल की तुलना में 80% तक कम और पेट्रोल की तुलना में 93% तक कम हो सकते हैं।
इन लाभों के बावजूद, बड़े पैमाने पर औद्योगिक उत्पादन अभी भी वित्तीय कठिनाइयों का सामना कर रहा है। E2G के निर्माण का सामान्य तरीका बायोमास के उपचार चरणों और किण्वन के लिए आवश्यक शर्करा जारी करने हेतु एंजाइमों के उपयोग पर निर्भर करता है, जिससे परिचालन लागत बढ़ जाती है।
यूनिकैम्प द्वारा किया गया शोध एक अलग दृष्टिकोण प्रस्तावित करता है, जिसे कंसोलिडेटेड बायोप्रोसेसिंग (CBP) कहा जाता है। यह रणनीति थर्मोफिलिक एनारोबिक बैक्टीरिया का उपयोग करती है, जो बायोमास को विघटित करने और एक ही चरण में किण्वन करने में सक्षम होते हैं, जिससे पूर्व प्रक्रियाओं की आवश्यकता कम हो जाती है।
अध्ययन में सेलूलोज़ को तोड़ने की अपनी क्षमता के लिए पहचाने गए क्लॉस्ट्रिडियम थर्मोसेलुलम (Clostridium thermocellum) और इथेनॉल उत्पादन में उच्च दक्षता वाले सूक्ष्मजीव थर्मोएनारोबैक्टेरियम थर्मोसैकैरोलाइटिकम (Thermoanaerobacterium thermosaccharolyticum) शामिल थे। शोधकर्ताओं का इरादा आनुवंशिक इंजीनियरिंग के माध्यम से इन जीवों के पूरक गुणों को जोड़ना था।
यूनिकैम्प के CBMEG में विकसित लेइसे कोस्टा डी सूजा (Layse Costa de Souza) के डॉक्टरेट शोध ने जांच की कि कौन से प्रोटीन इथेनॉल उत्पादक बैक्टीरिया के उच्च प्रदर्शन से जुड़े थे। इस पहचान के आधार पर, इन प्रोटीनों से संबंधित जीन को CBP प्रक्रिया में उपयोग किए जाने वाले बैक्टीरिया में शामिल किया गया।
परिणाम एक संशोधित वंश था जिसमें विस्तारित उत्पादन क्षमता थी। प्रयोगशाला परीक्षणों में, बनाए गए संस्करणों में से एक ने विशिष्ट हाइड्रोजनेज को शामिल करने के बाद सैद्धांतिक अधिकतम के 88.5% तक उपज में 59.8% की वृद्धि दिखाई।
अध्ययन ने इन बैक्टीरिया के चयापचय में हाइड्रोजन की भूमिका पर एक नया दृष्टिकोण भी प्रदान किया। टीम ने पाया कि HfsD नामक एक एंजाइम, जिसे पहले इथेनॉल उत्पादन का संभावित प्रतियोगी माना जाता था, जैव ईंधन के निर्माण के लिए आवश्यक रासायनिक संतुलन के लिए महत्वपूर्ण तंत्रों में भाग लेता है।
यह खोज भविष्य की मेटाबॉलिक इंजीनियरिंग रणनीतियों को बेहतर बनाने में मदद कर सकती है, क्योंकि यह इंगित करती है कि इथेनॉल उत्पादन को अनुकूलित करना केवल कुछ प्रोटीनों की गतिविधि को तेज करने तक ही सीमित नहीं है, बल्कि इसमें कोशिकीय प्रतिक्रियाओं में शामिल अणुओं के संतुलन को नियंत्रित करना भी शामिल है।
प्रयोग अभी भी बेंच स्केल तक ही सीमित हैं और औद्योगिक अनुप्रयोगों से पहले व्यापक मूल्यांकन की आवश्यकता है। अगली चुनौतियों में बायोरेक्टर में संशोधित बैक्टीरिया के प्रदर्शन का परीक्षण करना और यह पुष्टि करना शामिल है कि प्रयोगशाला में प्राप्त परिणाम बड़े वॉल्यूम में बने रहते हैं या नहीं।
यह परियोजना यूनिकैम्प के दूसरी पीढ़ी के उन्नत जैव ईंधन प्रयोगशाला में विकसित की गई थी, जिसमें ब्राज़ीलियाई और अमेरिकी वैज्ञानिकों ने भाग लिया। इस तकनीक को पेटेंट सुरक्षा मिली है और लाइसेंस प्राप्त कंपनी द्वारा पर्यवेक्षित विस्तार चरणों में आगे बढ़ेगी।
