Чим заправлять транспорт майбутнього
Розвиток вуглеводневої енергетики призводить до порушення рівноваги в біосфері і супроводжується активними викидами парникових газів. Одним з головних джерел забруднення навколишнього середовища є нафтовидобувна галузь, діяльність якої супроводжується виділенням величезних обсягів вуглекислого газу. Світові вчені шукають способи видаляти надлишковий СО2 з атмосфери, тому безліч експериментів спрямоване на використання цього газу в створенні палива, здатного одного разу замінити нафту. Останні розробки у цій сфері виглядають дуже перспективно.
Так, днями в науковому журналі Science вийшла стаття, в якій професор Гарвардського університету Деніел Носера описує нову систему виробництва синтетичного палива з аркуша. "Вдихаючи" СО2 і водень, "біонічний лист 2.0 перетворює їх у спиртосодержащее пальне. Раніше дослідники з'ясували, що рослини можуть перетворювати вуглекислий газ в аденозинтрифосфат (АТФ), що є універсальним джерелом енергії для всіх біохімічних процесів, що протікають в живих системах. З АТФ виходить паливо в обсязі близько 5%.
Вчені з Гарвардського університету розробили систему, яка істотно перевершує по ефективності природні аналоги. Новий проект Даніеля Носера - вдосконалена версія його попередньої розробки, першого біонічного листа. Як і його попередник, "біонічний лист 2.0" поміщається у воду, і, поглинаючи сонячну енергію, розщеплює молекули води на водень і кисень. В якості каталізатора використовується кобальт-фосфористий сплав, натомість молібден-нікель-цинкового, застосовуваного в попередніх експериментах. Це і забезпечує набагато більшу продуктивність системи: новий каталізатор здатний перетворювати сонячне світло в біомасу з ККД до 10%, що в десять разів результативніше навіть найбільш швидко зростаючих рослин.
Отримані водень і вода можуть використовуватися як в паливних елементах для вироблення електрики, так і для виробництва рідкого палива, яке перед використанням не вимагає додаткової обробки. "Зараз ми отримуємо ізопропіловий спирт, ізобутанол і ізопентанол, тобто спирти, які можна безпосередньо спалювати", - говорить Носера.
А трохи раніше свій спосіб перетворення СО2 в паливо представили фахівці Техаського університету. Перевага цієї технології в тому, що вона гранично проста і не вимагає декількох етапів переробки. В одностадійному реакторі вуглекислий газ і вода трансформуються в рідке паливо з допомогою високого тиску, інтенсивного світлового випромінювання і підігріву. В процесі виробництва палива, як побічний продукт, виділяється кисень, тобто виходить подвійна користь для навколишнього середовища.
Поки в якості каталізатора використовується діоксид титану, але для підвищення ефективності дослідники збираються замінити його фотохімічним каталізатором з кобальту, рутенія або заліза. Важливо, що паливо може застосовуватися в автомобілях, вантажівках і літаках без необхідності змінювати існуючу систему розподілу палива.
Є також нові ідеї щодо виробництва пального з рослин. Міжнародна група біологів запропонувала робити біопаливо з водоростей виду Botryococcus braunii. Створити відповідну технологію дозволив особливий фермент, який міститься в цьому рослині. Під його впливом водорості активно виділяють вуглеводні, які можна використовувати при виробництві дизельного палива, бензину і гасу. Аналогічні сполуки добувають з нафтових родовищ, що набагато дорожче, ніж вирощувати водорості.
У статті, опублікованій в журналі Nature Communications, один з авторів проекту Шигеру Окада з Університету Токіо каже, що водорості Botryococcus braunii вкрай невибагливі, вони є в річках, озерах, ставках і водосховищах практично по всьому світу, в тому числі в регіонах з посушливим кліматом і в горах. Головна проблема в тому, що такий вид водоростей росте дуже повільно, тому вчені збираються схрестити його з іншим видом, здатним відтворюватися протягом шести годин. Окада впевнений, що генетично модифіковані водорості, які будуть швидко рости і виробляти велику кількість палива, допоможуть уникнути економічної та екологічної кризи на планеті.
А біохіміки з Каліфорнійського університету в Берклі знайшли новий спосіб виробництва реактивного палива з тростини. Як показали експерименти, хімічні будівельні блоки, отримані з цукрової тростини, можна з майже 100% виходом перетворити на високоефективне паливо. За словами очолила розробку Алексіс Т. Белл, застосування очерету призведе до скорочення до 80% викидів парникових газів, порівняно з видобуванням таких сполук з нафти. Причому вартість такого палива значно нижче існуючих аналогів. Крім того, новий продукт відповідає всім діючим в авіації стандартам, не викликаючи підвищеного зносу компонентів турбін, а його властивості порівнянні з високоякісними синтетичними автомобільними маслами. Розроблений метод, на думку Белла, дозволить авіації відмовитися від використання палива на основі нафтопродуктів і тим самим істотно зменшити викиди CO2 в атмосферу.
Досить несподіваний спосіб отримання палива розробили фахівці з Університету Мельбурна. Вони запропонували технологію, що дозволяє ефективно отримувати водневе паливо з рідкої мурашиної кислоти. В основі розробки - молекулярний каталізатор, який виділяє з мурашиної кислоти тільки водень і діоксид вуглецю при температурі 70 градусів. Спроби отримати паливо з мурашиної кислоти робилися і раніше, проте всі попередні методики були економічно недоцільними, оскільки припускали використання високих температур. Крім того, виділяються побічні продукти не дозволяли добитися хороших результатів.
