Микробы в будущем станут главными поставщиками топлива

Ответ на топливный кризис, который, согласно многочисленным прогнозам, ожидает нас в 21 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-м 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.

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.

Целллюлоза даст биотопливо и сахар в придачу

Говинд Надатхур (Govind Nadathur) и его коллеги из университета Пуэрто-Рико изучают экосистемы и организмы в поисках ферментов, которые могут высвободить сахар из целлюлозы.

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 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.

Сейчас ученые разрабатывают совместно с компанией Sustainable Agrobiotech пилотную программу, которую рассчитывают запустить в начале 2009 года.

Водородные бактерии

Другой многообещающий тип биотоплива - водород. Многие автопроизводители уже разработали концепт-кары и автобусы, использующие этот вид топлива.

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.
 

Комментарии: