چالش ها و راههاي پيش رو براي استفاده از سوخت هاي زيستي و اثرات زيست محيطي آن ها

Challenges ahead of the use of biofuels and their environmental impacts

محدود بودن سوخت هاي فسيلي، گران بودن و ضررهاي ناشي از استفاده از آن ها، باعث شده كه انسان به استفاده از انرژي هاي تجديد پذير روي آورد. يكي از انواع انرژي هاي تجديد پذير سوخت هاي زيستي مي‌باشد. از منابع اوليه سوخت هاي زيستي مي توان به ضايعات چوبي، تفاله هاي محصولات كشاورزي، نيشكر، غلات و روغن گياهان و سبزيجات اشاره كرد. سوخت هاي زيستي از موجودات زنده يا از سوخت و ساز محصولات فرعي (مواد زايد آلي يا مواد غذايي) توليد مي‌شوند. ليگنو سلولزهاي ديواره ي سلولي گياهي، منابع جذابي براي توليد سوخت هاي زيستي پايدار مي باشند. تبديل ليگنوسلولز به سوخت هاي زيستي با استفاده از تكنولوژي هاي موجود، بدليل نياز به مراحل پيش پالايش شيمايي و هيدروليز آنزيمي براي ساختار شكني ديواره ي سلولي، بسيار گران است. سرسختي ديواره ي سلولي در بسياري از گياهان كه ديواره ي سلولي آن ها توسط روش هاي بيوتكنولوژي اصلاح شده است، كاهش يافته است. اين نتايج توسط كاهش مقدار ليگنين و تغيير در تركيب و ساختار آن بدست آمده است. همچنين كاهش سرسختي توسط تغيير در بيوسنتز همي سلولز و بيان آنزيم هاي ميكروبي در گياهان براي شكستن اتصالات ليگنين و كربوهيدرات حاصل شده است. تاكنون از مهندسي ژنتيك جهت اصلاح و بهبود آنزيم‌هاي دخيل در هضم آنزيمي منابع سلولزي و ليگنوسلولزي و مهندسي مسيرهاي متابوليكي دخيل در توليد سوختهاي زيستي استفاده شده است. همچنين اين گياهان تراريخت اغلب عملكرد توليد قند بهتر و توليد اتانول بيشتري دارند. اصلاح ديواره سلولي در گياهان تراريخت مي‌تواند بدون تاثير منفي بر عملكرد، سرسختي ديواره را كاهش دهد و اين نشان مي‌دهد كه اصلاح ديواره سلولي به صورت موفق مي‌تواند بدون تاثير در يكپارچگي ديواره سلولي يا رشد گياهان، حاصل شود. براي درك بيشتر ساختار و فرم ديواره سلولي بايد مواد اوليه ليگنوسلولزي را به خوبي اصلاح كنيم و قيمت توليد سوخت زيستي را كاهش دهيم. در اين نوشته ابتدا به مقدمه اي در خصوص معرفي بيوفيول يا سوخت هاي زيستي مي پردازيم و سپس روش هاي مختلف مهندسي ژنتيكي و بيوتكنولوژي براي توليد با صرفه ي سوخت هاي زيستي را معرفي مي كنيم. همچنين سعي شده است به تمامي نقاط مهم در مسير كه قابل اصلاح و بهبود با مهندسي بيوتكنولوژي مي باشند اشاره شود و با آناليز و بررسي چالش‌هاي پيش رو، روش‌هاي موثر پيشنهاد گردد.

The limited availability, high cost and the adverse environmental impacts of fossil fuels, persuaded the researchers toward the use of renewable energies. Biofuels are considered as one of the main sources of renewable energies. Woody debris, agricultural waste, sugar cane, vegetables as well as oils of cereals and vegetables are among the primary sources for biofuels production. Biofuels are produced from living organisms or their metabolic byproducts (organic waste products or food). Lignocelluloses of plant cell wall are interesting sources for production of sustainable biofuels. The conversion of lignocellulose to biofuels using existing technologies is too expensive mainly because of the need for chemical pretreatments and enzymatic hydrolysis required for cell wall deconstruction. Modification of cell wall composition by using biotechnological approaches resulted in the reduction of cell wall hardness in various plant species. These results are obtained by reducing the amount of lignin as well as changing the composition and structure of final polymer. In addition, in some cases the reduction of cell wall hardness has been achieved by altering the hemicellulose biosynthesis genes as well as the ectopic expression of microbial genes in the plants with the aim of breaking the connections between lignin and carbohydrates residues. So far, genetic engineering has been used to improve the enzymes involved in digestion of cellulose and lignocellulose sources and engineering metabolic pathways involved in the production of biofuels. Also, these transgenic plants often produced higher sugar yield and ethanol. Modification of the cell wall in transgenic plants can reduce the stiffness of the cell wall without negative impact on performance. This shows that cell wall modification can be resulted without affecting the cell wall integrity or plant performance. To better understanding of the cell walls structure, we need to modify the lignocellulosic components as well as to reduce the price of biofuels production. In this review we tried to give a comprehensive introduction of biofuels and to introduce different potent methods of genetic engineering for the efficient production of biofuels. We also tried to point out all the important points on the pathway that can be modify and improved by biotechnology engineering. Finally, by evaluation the ahead challenges, the appropriate methods are suggested.