Учитывая затраты на строительство новой инфраструктуры и адаптацию к незнакомым источникам энергии, мы вряд ли прекратим использовать ископаемое топливо в ближайшее время. Какое следующее лучшее решение? Сделать существующие виды топлива более экологичными и возобновляемыми.
Это идея новой работы ученых из Имперского колледжа в Лондоне и Университета Турку в Финляндии, которые стремятся в конечном итоге уговорить фотосинтетические бактерии превратить солнечный свет в газ пропан. Технология имеет долгий путь, прежде чем она станет коммерчески жизнеспособной. Но в качестве первого шага команде удалось обмануть кишечную палочку, бактерии, обнаруженные в нашей пищеварительной системе, и создать небольшое количество готового для пропана двигателя.
Традиционно пропан создается как побочный продукт переработки природного газа и нефти. Его удаляют из природного газа, чтобы сделать транспортировку по трубопроводам под давлением более безопасной, и нефтеперерабатывающие заводы производят его, когда они разлагают нефть на бензин или мазут.
В трехэтапном процессе ученые использовали ферменты, чтобы сначала высвободить жирные кислоты в кишечной палочке, которые обычно используются при создании клеточных мембран. Одна из них, масляная кислота, была затем преобразована с другим ферментом в бутиральдегид - производное бутана. Наконец, команда превратила бутиральдегид в пропан. Исследователи обнаружили, что стимулирование превращения фермента электронами усиливает процесс.
Недавно описанный в журнале Nature Communications проект находится на начальной стадии. Но Патрик Джонс, один из авторов статьи, говорит, что метод проще, чем аналогичные попытки создания топлива с живыми организмами. Дрожжи или бактерии играют роль в производстве этанола из сахара или кукурузы, а инженерные фотосинтетические бактерии также создают дизельное топливо из сельскохозяйственных культур. В настоящее время этанол обычно добавляют в бензин в Соединенных Штатах, главным образом благодаря государственным субсидиям и стимулам. Но биодизельное топливо, полученное из бактерий, еще не получило широкого применения, в основном из-за постоянных проблем с затратами и эффективностью.
«В случае [фотосинтетического] биодизеля в этом процессе много этапов, и каждый из этих этапов имеет штраф с точки зрения эффективности», - говорит Джонс. «Если бы мы могли сократить количество шагов, по крайней мере, теоретически, мы могли бы иметь более эффективный процесс».
Акцент на пропан в отличие от других видов топлива также упрощает процесс, поскольку пропан легко отделяется от клеток организма благодаря своей компактной химической структуре. Этанол, который может быть получен из кукурузы, сахара и других культур, должен быть физически отделен от воды в процессе, который является энергоемким. Современные методы сбора дизельного топлива из водорослей включают в себя вскрытие их клеток и, тем самым, уничтожение организмов, которые производят топливо. С пропаном топливо может быть отделено без разрушения кишечной палочки .
Пропан легко собирать в виде газа и, тем не менее, его легче хранить, чем водород, который очень опасен в виде газа, особенно при смешивании с воздухом. Он также был выбран, говорит Джонс, потому что его легко разжижать для транспортировки и он совместим с существующей инфраструктурой. Пропан в основном ассоциируется с наружными грилями в Соединенных Штатах, но он также используется для питания вилочных погрузчиков и лодочных моторов. Автомобили можно даже переоборудовать для работы на пропане; этот процесс довольно распространен в Соединенном Королевстве, где цены на газ намного выше, чем в Соединенных Штатах.
На этом этапе команда использует E. coli, потому что с ней просто работать, говорит Джонс. Но в конце концов, исследователи надеются перенести процесс из кишечной палочки в фотосинтезирующие бактерии, чтобы солнечный свет давал энергию для питания клеток, а не рацион питательных веществ, необходимых для кишечной палочки . Это снова сократит количество шагов в процессе, но предстоит еще проделать большую работу, прежде чем ученые достигнут этой точки.
«Только теоретически совершенные или почти теоретически совершенные системы будут когда-либо иметь возможность быть коммерциализированными», - говорит Джонс. «Вот почему важно попытаться достичь [процесса], который работает как можно лучше». В настоящий момент, по оценкам Джонса, им придется производить в 1000-5000 раз больше топлива из своего процесса, прежде чем отрасль проявит интерес. И с этого момента, прежде чем он станет коммерчески жизнеспособным в качестве альтернативы существующим ископаемым видам топлива, необходимо будет провести дополнительные разработки и усовершенствования.
«Некоторые проблемы связаны с ферментами, которые мы используем», - говорит Джонс. «Так что нужно будет искать альтернативные ферменты или улучшать те ферменты, которые у нас есть, и это будут большие проекты сами по себе».
Понятно, что в ближайшее время мы не будем водить машины или жарить гамбургеры, используя пропан, вырабатываемый бактериями и солнцем. Но в статье в Imperial College London Джонс сказал, что он надеется, что этот процесс станет коммерчески жизнеспособным в ближайшие 5–10 лет.
Даже если эта оценка достаточно велика, производство пропана на солнечной энергии может быть готово вовремя, чтобы помочь ускорить переход от грязного топлива к более экологически чистым альтернативам.
