Биотопливо из биомассы. Преодоление недостатков

Ученые создали штамм бактерий, напрямую преобразующих растительные молекулы – простые сахара и компоненты растительных волокон – в дизельное топливо, сообщается в статье исследователей, опубликованной в журнале Nature. Эта разработка может быть в дальнейшем использована для получения массы других важных химических продуктов, а также поспособствует производству топлива напрямую из целлюлозы.

ecoli-detailed-bright1-300x300.jpg

Авторы исследования – ученые из Калифорнийского университета в Беркли, а так же их коллеги из американской фирмы LS9, занимающейся разработкой методов переработки растительного сырья в топливо, уверены, что их метод позволит снизить конкуренцию между производителями продовольствия и биотоплива, так как в качестве сырья он может использовать обычную траву и отходы переработки продовольственных растений.

Ученые полагают, что это поможет сдержать цены на продовольствие, роста которых из-за массового внедрения биотоплива опасаются многие эксперты. Кроме того, предложенный метод получения дизельного топлива позволит снизить парниковые выбросы от использования этого вида топлива более чем на 85% по сравнению с дизельным топливом, которое получают из нефтепродуктов.

Ls9_technologyDiagram_270x190.gif

Авторы разработки для получения биодизельного топлива использовали хорошо известную бактерию Escherichia coli. Проделав более десяти генетических преобразований этого организма, ученые заставили бактерию замкнуть свой метаболический цикл с тем, чтобы в ходе переработки простых сахаров E.coli вырабатывала множество различных жирных кислот. Кроме того, они снабдили организм генами, позволяющие ему расщеплять и перерабатывать гемицеллюлозу – компонент оболочки растительных клеток.

В перспективе ученые надеются наделить E.coli способностью перерабатывать и целлюлозу – намного более прочный, чем гемицеллюлоза, природный полимер, составляющий основу растительных тканей. Это позволит получать топливо из любого вида растительного мусора.


Биодизельное топливо можно заливать в бак традиционного дизельного автомобиля, и мотор его «переварит». Машина поедет так же, как и на обычном дизеле. Однако недостатки у дизеля с приставкой «био- » имеются: высокий уровень выбросов окиси азота и больший на 20% расход топлива. Повышенный выход оксида азота связан с тем, что в составе биодизельного топлива есть кислород, в то время как в традиционном дизтопливе – нет.

Для преодоления вышеуказанных недостатков исследователи из университета Пардо (Purdue University) разработали систему контроля полного цикла (advanced closed-loop control system). Главные элементы новой системы – механизм рециркуляции отработавших газов, который обеспечивает догорание выхлопа (аналог каталитического нейтрализатора в выхлопных системах бензиновых ДВС), а также умные электронные «мозги», способные регулировать работу мотора в зависимости от состава смеси, оборотов и других факторов. Умный кремниевый мозг даже может распознать смесь дизеля с биодизелем и сделать соответствующие поправки в воздушно-топливной смеси.

Новая система контроля позволила снизить выход оксидов азота до уровня традиционного дизеля, расход топлива также почти сравнялся, однако по этому показателю био все еще слегка отстает. По словам Грегори Шейвера (Gregory Shaver), автора системы закрытого цикла, установка инновации на традиционные дизельные авто не потребует сколько-нибудь существенных затрат. Впрочем, конкретные цифры не называются. Да и будущее производства биодизельного топлива пока под вопросом – до масштабов «старого» дизеля ему еще далеко.


Процессом превращения углекислого газа в метан под воздействием солнечных лучей уже давно никого не удивишь. Существует ряд таких технологий, разработаны и постоянно совершенствуются используемые для этого катализаторы. Но использование метана, хотя и достаточно широко используемого в качестве топлива, несколько неудобно тем, что требует использования специальных баллонов и газовой арматуры высокого давления. Химическое превращение метана в более тяжелые углеводороды опять же требует использования дорогих катализаторов и достаточно энергоемко. Группа ученых из UCLA, под руководством Генри Сэмюэли (Henry Samueli), пошли по другому, биологическому, пути преобразования углекислого газа в жидкое вещество изобутанол (isobutanol), которое является альтернативой бензину. При этом, реакция преобразования проходит через фотосинтез под воздействием солнечного света, который является источником дополнительной энергии.

В настоящее время существует множество технологий получения топлива путем фотосинтеза. Одни технологии используют растения, другие – морские водоросли. Но во всех этих технологиях для получения конечного продукта требуются промежуточные производственные стадии. С этой точки зрения новый метод более эффективен и менее дорог, чем существующие технологии, при его использовании нет необходимости в переработке, влекущей разрушение активной биомассы, которая является основным экономическим барьером на пути внедрения этих технологий в жизнь.

Ученые вырастили генетически модифицированный вид бактерий cyanobacterium Synechoccus elongates. В ходе генных модификаций у бактерий было увеличено содержание фермента RuBisCO, который является основным, улавливающим углекислый газ, компонентом. После этого в бактерии были введены гены от других видов микроорганизмов, которые позволили этим бактериям под воздействием солнечного света преобразовывать поглощенный углекислый газ в органическое соединение – газ isobutyraldehyde. Низкая точка кипения и высокое парциальное давление паров этого газа позволяют с легкостью отделить этот газ от смеси газов, присутствующей в системе.

2f80549f524f.jpg

Хотя выращенные бактерии могут вырабатывать изобутанол непосредственно, тут же встанет проблема его отделения и очистки от биомассы, что сведет на нет все преимущества методики. Ученые утверждают, что гораздо проще и дешевле превратить получаемый газ в изобутанол, используя несложную химическую реакцию превращения, которая, к тому же, достаточно изучена и широко применяется в нефтехимической промышленности для переработки побочных продуктов перегонки нефти.

Установки, использующие такую, биологическую технологию утилизации углекислого газа будут идеальными для размещения рядом с теплоэлектростанциями, сжигающими различные виды ископаемого топлива. Углекислый газ, выбрасываемый теплоэлектростанциями в большом количестве, будет переработан в жидкое топливо без каких-либо существенных дополнительных энергетических затрат.

Источник: http://www.dailytechinfo.org/…toplivo.html



Категории статьи