Биоисточники энергии, которые спасут мир
Вы постоянно спрашиваете, можно ли производить биотопливо (желательно на заднем дворе) из того, из этого и даже из страшно сказать чего. И вот пришло время откровенных и местами исчерпывающих ответов.
Если вы, читатель, собираетесь продолжать энергообеспечивать себя в том же темпе, в каком делали это всегда, то Земле, человечеству очень скоро придётся положить зубы на полку — или спешно и продуктивно искать альтернативу ископаемым источникам. Отчасти из-за загрязнения, отчасти из-за того, что нефтяные недра конечны. Да, «Компьюлента» постоянно подсовывает вам новинки ветро- и гелиоэнергетики (которые вы лениво пробегаете глазами, думая, зачем вам это), но альтернативные формы энергии могут быть куда более… скажем так, странными. В общем, приготовьтесь удивляться.1. Листья травы табака
Табак легко поддаётся искусственному скрещиванию; производя его между лучшими сортами, можно получать новые ценные сорта этого растения.
Каждый слышал о магическом превращении царицы полей в биотопливо. Но кукуруза в этом смысле — очень плохое сырьё (просто поверьте), поэтому наука не перестаёт перебирать флору, надеясь на чудо. И однажды дело дошло даже до табака. Точнее — до генетически модифицированного табака. Основные строительные блоки для производства биотоплива из растений — крахмал и сахара, поэтому, естественно, увеличивая их количество в зелёном друге, можно добиться приемлемого результата. Агроинженеры недавно обнаружили, что способны модифицировать ген в табаке для увеличения производства крахмала на жутковатые 700%, что повысит выход сахаров (в производстве — биотоплива) на 500%. В качестве бонуса метод можно использовать просто для культивации продовольственных культур — скажем, «нашей» сахарной свёклы, которая тогда станет страшно «сахаристостой».2. Сахарные батарейки
Чжигуань Чжу, Кин Там и их сахарный «ферментативный топливный элемент».
Технологии производства батареек ничто без весьма токсичных металлов, которые а) трудно добывать, б) имеют ограниченный срок жизни и в) создают проблемы с утилизацией. А вот «белая смерть» (сахар) от этих минусов избавлена. Недавно биоинженеры построили прототип «ферментативного топливного элемента», который имитирует поведение биологических систем (например, растений), преобразующих глюкозу в энергию. В результате батареи дают больше энергии, чем литий-ионные аккумуляторы. Кроме того, они биоразлагаемы и многоразовы. Восклицательного знака ставить не будем, потому что… Вы сами всё понимаете.3. Ятрофа куркас
Ятрофа куркас (Jatropha curcas) (фото Immersia).
О, это растение производит богатые маслом семена, которые отлично подходят для производства биодизеля, и замечательно себя чувствует на сухих, песчаных землях, кои не очень-то подходят для выращивания на деревьях булок и колбасы. То есть оно не претендует на сельхозугодья, а потому не обидит продовольственные культуры. К сожалению, семена ятрофы не прорастают в бедной почве столь же легко, как взрослое растение. Поэтому наука пытается генетически модифицировать эту культуру, чтобы сделать её более подходящей для производства вожделенного топлива для ваших «Жигулей». Результатом может стать сверхвыносливое растение, которое будет расти почти везде и приносить много-много радости автомобилистам. А может и не стать.4. Водорослевые машины
Не смотрите на водоросли свысока. Возможно, скоро они будут давать вам энергию.
В отличие от ятрофы, которая мыслится источником топлива пока только теоретически, микроводоросли уже готовы к употреблению. Они растут в океане, а потому не конкурируют с продовольственными культурами. Кроме того, они производят больше крахмала и сахаров, чем сине-зелёные водоросли, кои тоже рассматриваются в качестве источника альтернативной энергии. Так в чём проблема? В том, что достойные урожаи микроводорослей просто так не дадутся. Поэтому биотехнологи упорно ищут способы генетической модификации этих растений.Если для вас это не слишком футуристично, спешим сообщить, что исследователи интегрируют «генетические цепи» в бактерии и водоросли для получения биотоплива посредством фотосинтеза. По сути, в растения хотят добавить новые молекулярные машины. Есть даже такое инженерное предложение:, а почему бы не внедрить в эти организмы светопоглощающие «антенны», которые в том числе повысят эффективность выхода биотоплива? То есть речь идёт о генетическом изменении системы поглощения света микроорганизмами (как-то даже жаль, что никто не собирается вставлять в растения металлическую антенну: это было бы забавно).5. Супердрожжи
Русское слово «дрожжи» восходит к праславянскому *droždži, производному от звукоподражательного глагола *drozgati, то есть «давить, месить». Английское «yeast» происходит от староанглийского «gist», «gyst», что означает «пена, кипеть, выделять газ».
Преобразование растительного материала в топливо часто не очень эффективно, особенно если это отходы, оставшиеся от лесного или сельского хозяйства. Однако биолог На Вэй (Na Wei) и его коллеги обнаружили, что могут генетически модифицировать форму дрожжей, чтобы те переваривали жёсткую, волокнистую ксилозу в растениях. Обычно эта часть растений не используется, так как создаёт токсичную, кислую среду для микробов. Но улучшенные дрожжи способны переварить ксилозу на химические компоненты, из которых уже можно делать биотопливо. Такие сверхдрожжи, думается, очень пригодились бы для превращения растительных отходов в энергию.6. Кукурузное просоВсякий знает, что просо прутьевидное (Panicum virgatum) — спорный источник биотоплива. С одной стороны, оно быстро растёт, а это значит, что производство топлива получит должное количество материала, а с другой — оно инвазивно и стремительно заполняет собой всё то пространство, где его имеют неосторожность разводить. Тем не менее P. virgatum в один прекрасный день может оказаться весьма полезным — если добавить ему несколько генов. Биологи обнаружили, что с помощью модификации проса геном от кукурузы можно увеличить количество в нём крахмала и, следовательно, упростить преобразование в топливо. А ещё полностью убрать цветение, что поставит крест на инвазивности вида.7. Искусственный фотосинтез
Эта «штучка» будет запасать для нас солнечную энергию!
Специалисты Калифорнийского технологического института (США) — большие доки в том, что они называют искусственным фотосинтезом. Их цель — производство синтетического варианта молекулярного механизма, используемого растениями для превращения света и воды в энергию. Результат выглядит как панели солнечных батарей, заключённые в пластиковый корпус: последний сделан из тонких листовых мембран — правда, состоящих из полупроводниковых материалов. Пропуская воду через устройство и «обстреливая» его светом, можно производить жидкий водород или углеводороды. Это решает главную проблему солнечной энергии — хранение. Потому что в результате получается жидкость, которую можно холить и лелеять, используя уже существующую инфраструктуру.8. Вечные проточные редокс-аккумуляторы
Проточными редокс-аккумуляторами называют батареи, запасающие энергию с помощью окислительно-восстановительных реакций («редокс» от англ. redox, reduction-oxidation — окисление-восстановление). Обычно такие аккумуляторы используют в автомобилях и других транспортных средствах. В принципе, эти батареи можно пополнять вечно, потому что их энергия сохраняется в растворе электролита, а не в электродах (как в литий-ионных аккумуляторах). Нужно только менять раствор электролита. Выше представлена простая схема такого типа батарей. Они скорее похожи на топливные элементы, но работают на обратимых электрохимических реакциях, а не на потреблении топлива.9. Содержимое… канализации
Самое время поговорить о фекалиях. Привычные источники биотоплива, такие как растительные масла, нужно вырастить и обработать (адский труд), что делает их много, много дороже содержимого наших сточных канав и магистралей. Полутвёрдые отходы (назовём это так) могут быть использованы для создания биотоплива несколькими методами. Одним из самых распространённых является газификация, когда полутвёрдые отходы (ПО) сушат и нагревают с выделением газа, который может быть сожжён. А вот в Южной Корее создан процесс, который нагревает липиды внутри ПО, чтобы переработать их в биотопливо. ПО нагреваются в реакторе вместе с метанолом и диоксидом углерода, чтобы преобразовать 98% липидов в биодизель. Этот новый процесс имеет на выходе весьма дешёвый биодизель, потому что ПО вокруг столько… Правда, всё равно без капиталовложений для модернизации существующих канализационных систем не обойтись.10. УриноэнергетикаРаз уж затронули «эту тему», давайте подумаем и о других выделениях человеческого тела. Так вот, человеческая моча — потрясающая пища для микроорганизмов. В настоящее время в качестве потенциальных источников энергии разрабатываются топливные элементы, в которых микробы перерабатывают мочу в энергию. В будущем эта технология поможет обрабатывать огромные объёмы отходов, оставляемых после себя двуногими. А если принять во внимание способ из предыдущей главки, то, возможно, наши уборные получат сразу два унитаза — для разделения отходов. Впрочем, всё это уже было: помните дистикомб фрименов?11. Гидро- и биоугольГидротермальная карбонизация — процесс, в котором биомасса (чаще всего ненужная растительная, мусор) смешивается с водой под действием тепла и давления в реакторе. Полученную суспензию затем прессуют и сушат, чтобы получить «гидроуголь». Когда не используется вода, результат откликается на слово «биоуголь». Оба эти угля могут быть сожжены для получения энергии или газа. Евросоюз (в лице четырёх стран) запустил соответствующий проектNEWAPP в декабре 2013-го. Цель 30-месячной инициативы — изучение отходов влажной биомассы и определение потенциального применения гидротермальной карбонизации.12. Гелиоэлектростанции в космосе
Хорошо знакомая вам тема! Мощные спутники, несущие лёгкие солнечные батареи, вскоре и впрямь могут стать былью. Это позволит кардинально преодолеть проблему рассеивания атмосферой солнечного света. То есть мы получим доступ к самой что ни на есть чистой гелиоэнергии.13. Жир аллигаторовВас вряд ли удивит информация о том, что химики из Луизианы решили использовать жир аллигаторов как источник биотоплива. В этом жире очень много липидов —, а значит, он идеально подходит для преобразования в топливо. Кроме того, в мясной промышленности аллигатор «производит» тонну жира в виде отходов, так что энергетика просто должна молиться на луизианских крокодилов! Подготовлено: Алексей Халецкий по материалам io9.
© Ноосфера
