По данным РИА «Новости», ответ на топливный кризис, который, согласно многочисленным прогнозам, ожидает нас в XXI веке, могут дать бактерии, микроводоросли и грибы — они сыграют роль эффективного источника недорогого и экологически безвредного биотоплива, которое заменит нефть и газ.
Так считают авторы исследований, представленных на 108 конгрессе Американского общества микробиологии в Бостоне.
В настоящее время в качестве биотоплива в большинстве случаев используют этанол — этиловый спирт, который получают в основном из кукурузы. Однако эта технология вызывает множество нареканий: спрос на биотопливо отнимает у сельского хозяйства ресурсы, которые шли на выращивание продовольственных культур, что приводит к росту цен на продукты.
Таким образом, в этом случае автомобили начинают «конкурировать» с людьми за еду.
Исследователи рассматривают возможность использовать различные типы биомассы как пищу для микроорганизмов, которые будут перерабатывать ее в этанол. В частности, весьма привлекательным выглядит использование производных целлюлозы, которая входит в состав отходов лесной и бумажной промышленности. Источником биомассы также могут стать макулатура и отходы производства тростникового сахара.
Правда, в отличие от кукурузы, содержащей сахар в свободном состоянии, что позволяет легко использовать ее для производства этанола, в целлюлозе сахар химически связан, и требуются специальные усилия, чтобы ее высвободить.
Говинд Надатхур (Govind Nadathur) и его коллеги из университета Пуэрто-Рико изучают экосистемы и организмы в поисках ферментов, которые могут высвободить сахар из целлюлозы.
«Дерево попадает в океан. Оно исчезает. Кто «съедает» его? Мы обнаружили моллюсков, которые могут съедать древесину с помощью бактерий, живущих в их пищеварительной системе и выделяющих ферменты, которые расщепляют целлюлозу. Мы нашли нечто подобное и у термитов», — говорит Надатхур, слова которого приводятся в сообщении Американского общества микробиологии.
Он и его коллеги планируют использовать эти ферменты в качестве ключевого элемента интегрированной технологии, внедрение которой сможет дать не только этанол, но и другие продукты с минимумом отходов.
Технологический цикл начинается с сахарного тростника и гибискуса, которые растут на местных полях. Они дадут «обычные» продукты, такие как сахар и патока (которая используется для производства рома), а также собственно цветы гибискуса (из которых делают чай каркаде) и большое количество отходов — биомассу.
С помощью найденных ими ферментов, Надатхур и его коллеги смогут расщепить биомассу до сахара и использовать его для производства этанола, улавливая углекислый газ, который выделяется при этом процессе.
Углекислота будет поступать в резервуары с микроводорослями, вырабатывающими полимеры, которые, в свою очередь, могут быть использованы в производстве биодизеля. «Отработанные» водоросли могут быть, затем использованы в качестве удобрений на полях сахарного тростника и гибискуса, замыкая таким образом цикл.
«Производство сахарного тростника на Пуэрто-Рико было весьма развито, однако в середине 90-х гг. эта отрасль умерла. Создание практически замкнутой системы, которая использует отходы для производства прибавочного продукта, может сделать эту отрасль снова экономически выгодной», — считает Надатхур.
Сейчас ученые разрабатывают совместно с компанией Sustainable Agrobiotech пилотную программу, которую рассчитывают запустить в начале 2009 г.
Другой многообещающий тип биотоплива — водород. Многие автопроизводители уже разработали концепт-кары и автобусы, использующие этот вид топлива.
К несчастью, промышленные методы получения водорода пока неэффективны или связаны с использованием ископаемого топлива в качестве источника водорода.
Сергей Марков из университета Остин-Пей (штат Теннесси) разработал прототип биореактора, в котором используются бактерии Rubrivivax gelatinosus, для производства водорода в количествах, достаточных для небольшого мотора.
«Определенные типы пурпурных бактерий, которые обычно обитают в донных отложениях прудов и озер, способны перерабатывать окись углерода (угарный газ) и воду в водород. Проблема в том, как эффективно снабжать каждую бактериальную клетку газообразным оксидом углерода — угарным газом», — говорит Марков.
В его биореакторе бактерии присоединены к многочисленным пустотелым волокнам внутри специального картриджа. Вода и газ свободно проникают сквозь волокна, однако бактерии не проходят в поры из-за своего относительно большого размера.
Водород из биореактора поступает в топливные элементы, которые вырабатывают ток, достаточный для работы небольшого мотора. Единственное препятствие заключается в том, что пока не определен источник окиси углерода, но Марков заявляет, что его можно легко получить из биомассы с помощью специального термохимического процесса. Существуют также бактерии, которые способны производить окись углерода.
Топливо из солнечного света и воды. С небольшой помощью бактерий.
Один из исследователей и его лаборатория даже нашли способ производства водорода из воды и солнечного света с небольшой помощью бактерий.
Пинь Чин Мэн (Pin Ching Maness) из Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии в Колорадо исследует сине-зеленые водоросли, которые могут использовать энергию солнца, расщепляя воду на водород и кислород.
Однако и здесь есть проблема. Один из ферментов, который используют в этом процессе сине-зеленые водоросли, чувствительны к кислороду воздуха, что делает процесс получения водорода весьма сложным.
К счастью, некоторые виды пурпурных бактерий используют похожий фермент, не чувствительный к кислороду. Мэн и его коллеги определили гены пурпурных бактерий, которые отвечают за производство этого фермента. В настоящее время они пытаются перенести этот ген в геном сине-зеленых водорослей, чтобы заставить их вырабатывать нечувствительный к кислороду фермент.