用细菌制造的超性能火箭燃料

图：链霉菌培养过程启发新型火箭燃料灵感

地球上的一些细菌或许可以进一步拓展人类边界。

研究人员表示，基于链霉菌形成的抗真菌分子或许可以制造新型生物燃料，从而用于未来的火箭发展环节。

项目团队成员在新闻发布会上表示：“相比于当前的火箭燃料，将碳排放至地球大气中的生物友好型解决方案或许能形成更大的能源密度。”

生物能源研究院的能源部总裁，同时也是此次项目负责人的简.科斯林（Jay Keasling）在新闻发布会上说到：“由于这些燃料来源于植物物质培植的细菌，我们在火箭发动机中燃烧这些燃料时，能够有效减少温室气体的排放，而这些则是大部分石油类燃料的普遍问题。”

尽管项目仍然处于初期阶段，但是，研究人员表示，作为化学燃料的替代物，这些特殊的生物燃料展现出巨大的希望，能够有效推动火箭助推器环节的发展。

图：像阿丽亚娜5型这样的火箭都在某一阶段使用液态氢或液态氧等燃料，从而尽量减少对环境的影响。但是新一代生物燃料或许能进一步减少火箭发射引发的消极作用。

当前，许多火箭发动机借助液态氧和液态氢作为助推燃料。但是，即使是如此“绿色”的混合燃料仍然需要与其他补充助推器配对，确保火箭升空。而这一补充助推器却可能引发更恶劣的潜在变量，导致火箭掉落到地面上。

随着越来越多的研究关注火箭发射及其对地球大气的影响，一些环保人士倡议，火箭飞船需要新的解决方案，尤其是火箭发射数量日益增长的情况下。（另一方面，另一些开拓倡议者则认为，相比于其他行业，太空行业的碳足迹量非常的小。）

此外，细菌驱动的生物燃料方面的研究人员表示，他们的生物燃料同样是非常好的能源替代物，有可能推动火箭发射领域超越当前的能力。关键分子是聚酰共聚脂肪酸甲酯，简称POP-FAMEs。

研究人员说到：这一分子结构包括将碳-碳键压至60度角的三角形三重碳环。这一拉力极有可能产生燃烧能量，并且，这一不同寻常的结构同样也使得燃料分子凝聚至小体积。

这一燃烧特点能够为太空航天器提供动力，而这正是工程师们火箭发射阶段牛节约燃料和成本的方法。

图：细菌驱动的火箭燃料概念图，这一燃料能够广泛应用于地球和太空相关领域。

研究团队主要关注两个已知的三重碳环有机燃料，两者都由链霉菌产生。尽管这一生物形态很难在实验室中培养，但是科学家在1990年发现了一种名叫“爪哇霉素”的自然产物，并对S.迷迭香属的物种进行了广泛分析。

由五个环丙烷环构成的齿状分子启发了科斯林团队，使其进一步探索链霉菌物种的基因组，从而发现潜在火箭燃料应用。他们随后揭示了另一种白色念珠菌中的POP-FAMEs形成的必要元素。正如其他近亲，白色念珠菌被证实是一种实验室产物，一开始，白色念珠菌并没有产生足够的POP-FAMEs供研究人员分析，不过最终，科学家幸运发现了一个能够用于实验的近亲，只是这一近亲需要研究团队完全复制他们的基因序列。

文章写道：“由此形成的脂肪酸含有7个环丙烷环，这些环丙烷环连接在碳骨架上，从而得名燃料霉素。就像生物柴油形成的过程，这些分子在变成燃料前只需要另一个化学处理步骤。”

图：2022年6月3日，俄罗斯联盟号火箭搭载未载人的Progress 81号飞船从哈萨克斯坦拜科努尔航天发射场发射。以前的联盟号使用的是合成蛋白，这一合成蛋白是一种实验性的石油基火箭燃料，其结构有点接近POP-FAME。

下一步，火箭燃料的开发将着眼于生产足够多的测试分子，至少22磅（约11千克）。研究人员还远未获得如此多的材料，这也是这项实验仍处于探索阶段的原因。

但是，现有的模拟数据表明，在经过化学过程处理后，POP-FAMEs或许会产生50兆焦耳/升。相比于汽油（32兆焦耳/升）和RP-1（煤油基的火箭燃料，大约35兆焦耳/升）的值，这是非常显著的增长。

POP-FAMEs与一种实验型石油基火箭燃料的结构非常相似，从而使得这些细菌形成的分子或许能成为相互替代的物质。合成蛋白燃料是20世纪60年代由苏联开发产生。尽管合成蛋白广泛应用于苏联的20世纪70年代与80年代的火箭发射，但是高成本、爆炸可能性以及毒性等最终导致苏联放弃了使用这一燃料。

POP-FAMEs团队现在正在努力提高细菌生产效率以用于燃烧测试，同时，根据应用目标生产不同长度的分子，从而生产出固体燃料、喷气燃料以及柴油燃料的替代物。在未来，科学家希望能够充分运用厨余蔬菜垃圾，实现燃料生产过程的碳中和。

BY: Elizabeth Howell

FY: 秋

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