Одноклітинні організми, що живуть в океанах, могли б стати новим чистим джерелом енергії
Катастрофу в Мексиканській затоці, що сталася в квітні цього року внаслідок аварії на нафтовидобувній платформі Deepwater Horizon британської компанії British Petroleum і вилив величезної кількості нафти у воду, президент США Барак Обама назвав найстрашнішою екологічною катастрофою, з якою стикалася Америка. «Мільйони галонів нафти, що витекла в затоку, нагадують епідемію, з якою нам доведеться боротися довгі місяці і навіть роки», — сказав він. У цьому зв’язку президент США закликав американців об’єднатися навколо нової національної ідеї — побудувати екологічно чисте суспільство і нагадав про необхідність повсюдного впровадження екологічних джерел енергії, щоб подібна ситуація ніколи не повторилася.
Альтернативні джерела енергії — вітер, морські хвилі і сонце — мають свої недоліки, а ядерний синтез так і залишився мертвонародженою дитиною, незважаючи на довгострокову перспективу майже не обмеженої енергії. Про це пише Філіп Хантер у своїй статті «Відповідь нафтовій кризі», що опублікована в липневому номері британського журналу «Проспект».
В океанах, річках і ставках живуть близько 500 тисяч видів мікроводоростей. Ці одноклітинні організми, на відміну від складніших рослин, що мають мільйони клітин, з високою ефективністю перетворюють світло на енергію. Цей процес називається фотосинтез, під час якого мікроводорості, щоб захиститися від надлишку світлової енергії, продукують також водень. Саме це й зацікавило дослідників США — водень можна використати як паливо і генерувати електроенергію.
Експерименти вчених вже показали, що клітини мікроводоростей можна провокувати давати набагато більше водню, ніж вони це роблять зазвичай. Крім того, клітини природним чином продукують жири, або ліпіди, які можна перероблювати на біодизель, тобто пальне, виготовлене з біологічної сировини — замінник звичайного дизельного пального з нафти.
Отже, цілком перспективний напрям — інженерія мікроводоростей для виробництва безпосередньо біопалива, зокрема того ж таки біодизелю. При цьому немає необхідності здійснювати переробку з органічних жирів як проміжний етап. Це досягається модифікацією процесу фотосинтезу для отримання вуглеводнів — таких як бензин або дизель, поєднуючи воду і вуглекислий газ і виділяючи кисень через реакцію відновлення. Це зробило б мікроводорості потенційно ефективним джерелом біопалива і, можливо, навіть електроенергії.
Крейг Вентер, відомий своїми успіхами у розшифровці генома людини і лідер найрадикальніших напрямів сучасної генетики у березні цього року заявив, що створив «штучне життя», і визначив виробництво біопалива з водоростей як важливе майбутнє застосування його роботи. Він вважає, що поява методик, здатних трансплантувати цілі геноми різних видів бактерій, могла б полегшити розвиток тих штамів водоростей, які продукують водень у набагато більшій кількості, ніж існуючі види. Дослідники встановили, що водорості теоретично здатні перетворювати 10% сонячної енергії на біопаливо. Для порівняння — кукурудзяний етанол дає тільки 0,05%.
Водорості можна було б «загнати» в резервуари-біореактори або якісь штучні водойми, що займали б набагато меншу територію, ніж «біопаливні» сільськогосподарські культури. Це врятує родючі землі від подальшого її використання не за призначенням — не для вирощування рослин, які ідуть у їжу. Майк Сіберт, дослідник Національної лабораторії відновлюваної енергії США, порахував, що заміна всього бензину, який виробляється в США з кукурудзяного етанолу, звільнить землі площею в мільйон квадратних миль. Водорості таку ж кількість енергії могли б виробляти на площі в сто разів меншій. До того ж, на відміну від культур, які вирощують на землі, у воді є необхідні для процесу фосфор, азот і залізо. Водорості одночасно могли б навіть поліпшувати навколишнє середовище, поглинаючи важкі метали з води.
Але є три проблеми: збирання сонячного світла, переробка його на потрібні паливо або форму енергії, а потім збирання і накопичення цієї енергії. На сьогодні дослідження ведуться тільки в перших двох напрямах. Водорості виробляють хлорофіл, який робить воду зеленою. Якщо ж розводити жовті, а не зелені водорості, то перетворення енергії відбуватиметься набагато ефективніше. Водночас залишається більше світла, щоб проникнути глибше у воду — до клітин, які знаходяться нижче. Отже, більше світлової енергії може використовуватися для перетворення її на біопаливо.
Тим часом команда дослідників Стенфордського університету зробила ще одне потенційно важливе відкриття — вони показали, що до водоростей можна приєднати крихітні золоті електроди для генерування електричного струму. «Запрягти» мільярди таких клітин — поки що далека перспектива, але людині під силу її наблизити, пише автор статті. Реальніша на сьогодні можливість — добування біопалива, а не електрики. Вже розпочато кілька відносно невеликих пілотних проектів — вони виробляють скромну кількість енергії і палива. Національна лабораторія відновлюваної енергії США вже подала заявку на отримання патенту з біоінженерних методик мікроводоростей. Проекти «біопаливних» водоростей розпочато також і в Європі. В жовтні 2010 року ЄС має виділити 3 млн. євро на розробку технологій отримання біопалива з водоростей.
У березні цього року Британський вуглецевий концерн, який відповідає за прискорення переходу до низьковуглецевої економіки, оголосив про фінансування двофазового проекту і залучає низку університетів до розробки виробництва біопалива з водоростей у відкритих ставках із морською водою. Мета проекту — доведення виробництва біопалива до комерційних масштабів до 2020 року. Перша фаза з фінансуванням 8 млн. фунтів передбачає фундаментальні дослідження, які б завершилися до 2012 року. Друга — це 10 млн. фунтів —тестуватиме виробництво біопалива між 2013 і 2016 роками, після чого має розпочатися повномасштабне виробництво.
Якщо хоч один із цих проектів втілиться в життя, то майбутнє справді може стати зеленим. Або хоча б жовтим.
«Життя у вулику передбачає не регламентовану монотонність, а МЕТАМОРФОЗУ. Коли комаха досягає межі своїх можливостей, вона чудесним чином перетворюється на абсолютно нову істоту. У цій метаморфозі я...
Водорості-біореактори
Світ:
Альтернативні джерела енергії — вітер, морські хвилі і сонце — мають свої недоліки, а ядерний синтез так і залишився мертвонародженою дитиною, незважаючи на довгострокову перспективу майже не обмеженої енергії. Про це пише Філіп Хантер у своїй статті «Відповідь нафтовій кризі», що опублікована в липневому номері британського журналу «Проспект».
В океанах, річках і ставках живуть близько 500 тисяч видів мікроводоростей. Ці одноклітинні організми, на відміну від складніших рослин, що мають мільйони клітин, з високою ефективністю перетворюють світло на енергію. Цей процес називається фотосинтез, під час якого мікроводорості, щоб захиститися від надлишку світлової енергії, продукують також водень. Саме це й зацікавило дослідників США — водень можна використати як паливо і генерувати електроенергію.
Експерименти вчених вже показали, що клітини мікроводоростей можна провокувати давати набагато більше водню, ніж вони це роблять зазвичай. Крім того, клітини природним чином продукують жири, або ліпіди, які можна перероблювати на біодизель, тобто пальне, виготовлене з біологічної сировини — замінник звичайного дизельного пального з нафти.
Отже, цілком перспективний напрям — інженерія мікроводоростей для виробництва безпосередньо біопалива, зокрема того ж таки біодизелю. При цьому немає необхідності здійснювати переробку з органічних жирів як проміжний етап. Це досягається модифікацією процесу фотосинтезу для отримання вуглеводнів — таких як бензин або дизель, поєднуючи воду і вуглекислий газ і виділяючи кисень через реакцію відновлення. Це зробило б мікроводорості потенційно ефективним джерелом біопалива і, можливо, навіть електроенергії.
Крейг Вентер, відомий своїми успіхами у розшифровці генома людини і лідер найрадикальніших напрямів сучасної генетики у березні цього року заявив, що створив «штучне життя», і визначив виробництво біопалива з водоростей як важливе майбутнє застосування його роботи. Він вважає, що поява методик, здатних трансплантувати цілі геноми різних видів бактерій, могла б полегшити розвиток тих штамів водоростей, які продукують водень у набагато більшій кількості, ніж існуючі види. Дослідники встановили, що водорості теоретично здатні перетворювати 10% сонячної енергії на біопаливо. Для порівняння — кукурудзяний етанол дає тільки 0,05%.
Водорості можна було б «загнати» в резервуари-біореактори або якісь штучні водойми, що займали б набагато меншу територію, ніж «біопаливні» сільськогосподарські культури. Це врятує родючі землі від подальшого її використання не за призначенням — не для вирощування рослин, які ідуть у їжу. Майк Сіберт, дослідник Національної лабораторії відновлюваної енергії США, порахував, що заміна всього бензину, який виробляється в США з кукурудзяного етанолу, звільнить землі площею в мільйон квадратних миль. Водорості таку ж кількість енергії могли б виробляти на площі в сто разів меншій. До того ж, на відміну від культур, які вирощують на землі, у воді є необхідні для процесу фосфор, азот і залізо. Водорості одночасно могли б навіть поліпшувати навколишнє середовище, поглинаючи важкі метали з води.
Але є три проблеми: збирання сонячного світла, переробка його на потрібні паливо або форму енергії, а потім збирання і накопичення цієї енергії. На сьогодні дослідження ведуться тільки в перших двох напрямах. Водорості виробляють хлорофіл, який робить воду зеленою. Якщо ж розводити жовті, а не зелені водорості, то перетворення енергії відбуватиметься набагато ефективніше. Водночас залишається більше світла, щоб проникнути глибше у воду — до клітин, які знаходяться нижче. Отже, більше світлової енергії може використовуватися для перетворення її на біопаливо.
Тим часом команда дослідників Стенфордського університету зробила ще одне потенційно важливе відкриття — вони показали, що до водоростей можна приєднати крихітні золоті електроди для генерування електричного струму. «Запрягти» мільярди таких клітин — поки що далека перспектива, але людині під силу її наблизити, пише автор статті. Реальніша на сьогодні можливість — добування біопалива, а не електрики. Вже розпочато кілька відносно невеликих пілотних проектів — вони виробляють скромну кількість енергії і палива. Національна лабораторія відновлюваної енергії США вже подала заявку на отримання патенту з біоінженерних методик мікроводоростей. Проекти «біопаливних» водоростей розпочато також і в Європі. В жовтні 2010 року ЄС має виділити 3 млн. євро на розробку технологій отримання біопалива з водоростей.
У березні цього року Британський вуглецевий концерн, який відповідає за прискорення переходу до низьковуглецевої економіки, оголосив про фінансування двофазового проекту і залучає низку університетів до розробки виробництва біопалива з водоростей у відкритих ставках із морською водою. Мета проекту — доведення виробництва біопалива до комерційних масштабів до 2020 року. Перша фаза з фінансуванням 8 млн. фунтів передбачає фундаментальні дослідження, які б завершилися до 2012 року. Друга — це 10 млн. фунтів —тестуватиме виробництво біопалива між 2013 і 2016 роками, після чого має розпочатися повномасштабне виробництво.
Якщо хоч один із цих проектів втілиться в життя, то майбутнє справді може стати зеленим. Або хоча б жовтим.
Зверніть увагу
«Вулик Геллстрома», «Дюна» і 10 принципів Джигаду – політичний проект Френка Герберта