Чем заправят транспорт будущего
Развитие углеводородной энергетики приводит к нарушению равновесия в биосфере и сопровождается активными выбросами парниковых газов. Одним из главных источников загрязнения окружающей среды является нефтедобывающая отрасль, деятельность которой сопровождается выделением огромных объемов углекислого газа. Мировые ученые ищут способы удалять избыточный СО2 из атмосферы, поэтому множество экспериментов направлено на использование этого газа в создании топлива, способного однажды заменить нефть. Последние разработки в этой сфере выглядят весьма перспективно.
Так, на днях в научном журнале Science вышла статья, в которой профессор Гарвардского университета Дэниэл Носера описывает новую систему производства топлива из синтетического листа. "Вдыхая" СО2 и водород, "бионический лист 2.0" превращает их в спиртосодержащее горючее. Ранее исследователи выяснили, что растения могут преобразовывать углекислый газ в аденозинтрифосфат (АТФ), являющийся универсальным источником энергии для всех биохимических процессов, протекающих в живых системах. Из АТФ получается топливо в объеме около 5%.
Ученые из Гарвардского университета разработали систему, которая существенно превосходит по эффективности природные аналоги. Новый проект Даниэля Носера - усовершенствованная версия его предыдущей разработки, первого бионического листа. Как и его предшественник, "бионический лист 2.0" помещается в воду, и, поглощая солнечную энергию, расщепляет молекулы воды на водород и кислород. В качестве катализатора используется кобальт-фосфористый сплав, взамен молибден-никель-цинкового, применяемого в более ранних экспериментах. Это и обеспечивает гораздо большую производительность системы: новый катализатор способен преобразовывать солнечный свет в биомассу с КПД в 10%, что в десять раз результативнее даже самых быстро растущих растений.
Полученные водород и вода могут использоваться как в топливных элементах для выработки электричества, так и для производства жидкого топлива, которое перед использованием не требует дополнительной обработки. "Сейчас мы получаем изопропиловый спирт, изобутанол и изопентанол, то есть спирты, которые можно непосредственно сжигать", - говорит Носера.
А чуть раньше свой способ преобразования СО2 в топливо представили специалисты Техасского университета. Достоинство этой технологии в том, что она предельно проста и не требует нескольких этапов переработки. В одностадийном реакторе углекислый газ и вода трансформируются в жидкое топливо с помощью высокого давления, интенсивного светового излучения и подогрева. В процессе производства топлива, как побочный продукт, выделяется кислород, то есть получается двойная польза для окружающей среды.
Пока в качестве катализатора используется диоксид титана, но для повышения эффективности исследователи собираются заменить его фотохимическим катализатором из кобальта, рутения или железа. Немаловажно, что топливо может применяться в автомобилях, грузовиках и самолетах без необходимости менять существующую систему распределения топлива.
Есть также новые идеи по производству горючего из растений. Международная группа биологов предложила делать биотопливо из водорослей вида Botryococcus braunii. Создать соответствующую технологию позволил особый фермент, который содержится в этом растении. Под его воздействием водоросли активно выделяют углеводороды, которые можно использовать при производстве дизельного топлива, бензина и керосина. Аналогичные соединения добывают из нефтяных месторождений, что гораздо дороже, чем выращивать водоросли.
В статье, опубликованной в журнале Nature Communications, один из авторов проекта Шигеру Окада из Университета Токио говорит, что водоросли Botryococcus braunii крайне непритязательны, они есть в реках, озерах, прудах и водохранилищах практически по всему миру, в том числе в регионах с засушливым климатом и в горах. Главная проблема в том, что такой вид водорослей растет очень медленно, поэтому ученые собираются скрестить его с другим видом, способным воспроизводиться в течение шести часов. Окада уверен, что генетически модифицированные водоросли, которые будут быстро расти и производить большое количество топлива, помогут избежать экономического и экологического кризиса на планете.
А биохимики из Калифорнийского университета в Беркли нашли новый способ производства реактивного топлива из тростника. Как показали эксперименты, химические строительные блоки, полученные из сахарного тростника, можно с почти 100% выходом преобразовать в высокоэффективное топливо. По словам возглавившей разработку Алексис Т. Белл, применение тростника приведет к сокращению до 80% выбросов парниковых газов, по сравнению с добычей таких же соединений из нефти. Причем стоимость такого топлива значительно ниже существующих аналогов. Кроме того, новый продукт соответствует всем действующим в авиации стандартам, не вызывая повышенного износа компонентов турбин, а его свойства сопоставимы с высококачественными синтетическими автомобильными маслами. Разработанный метод, по мнению Белл, позволит авиации отказаться от использования топлива на основе нефтепродуктов и тем самым существенно уменьшить выбросы CO2 в атмосферу.
Весьма неожиданный способ получения топлива разработали специалисты из Университета Мельбурна. Они предложили технологию, позволяющую эффективно получать водородное топливо из жидкой муравьиной кислоты. В основе разработки - молекулярный катализатор, выделяющий из муравьиной кислоты только водород и диоксид углерода при температуре 70 градусов. Попытки получить топливо из муравьиной кислоты предпринимались и раньше, однако все предыдущие методики были экономически нецелесообразными, поскольку предполагали использование высоких температур. Кроме того, выделяемые побочные продукты не позволяли добиться хороших результатов.