Только представьте, что для заправки самого обычного автомобиля топливом необходимо просто подсоединиться к линии электропередач. Парадокс? Специалисты из Калифорнийского университета, что расположен в городе Лос-Анджелесе, произвели беспрецедентную демонстрацию метода конвертации диоксида углерода при помощи электричества в жидкое топливо для двигателей внутреннего сгорания – изобутанол.
Получить электрическую энергии можно самыми различными способами, и простейшим из них - использование розетки линий электропередач. Так или иначе, остро становится вопрос хранения энергии. Химические аккумуляторные батареи обладают высокой стоимостью, низкой эффективностью и бесперспективностью с точки зрения научного прогресса.
В материале, опубликованном Джеймсом Ляо и его командой из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе в журнале Science, был представлен новый метод хранения электроэнергии, подразумевающий конвертацию энергии путем химических реакций в высшие спирты, именуемые в народе сивушными. Именно они впоследствии могут быть с успехом использованы в качестве горючего для автомобилей.
При помощи метода изменения генов, группа ученых под руководством Джеймса Ляо создала уникальный литоутотрофный микроорганизм, известный как Ralstonia eutropha H16, способный использовать неорганические вещества в качестве энергетического источника. Модернизированный микроорганизм способен с использованием электрической энергии превращать углерод из углекислого газа в изобутанол и три-метил-один-бутанол в специальном электрическом биореакторе.
Общеизвестно, что фотосинтез является процессом преобразования световой энергии в химический вид, после чего она запасается в виде произведенных сахаров и состоит из двух составляющих – так называемых темной и светлой реакций. На свету имеет течение светлая реакция, при которой происходит конвертация энергии солнца в химическую энергию. В свою очередь темная реакция подразумевает превращение углекислоты в сахара и не нуждается в воздействии солнечного излучения.
Калифорнийским ученым удалось успешно разделить темную и светлую реакции, заменив биологический фотосинтез получением электрической энергии посредством применения фотоэлектрических элементов, после чего энергия конвертируется в химическое промежуточное вещество, выступающее источником энергии для осуществления фиксации диоксида углерода. Подобным способом изобретатели надеются добиться большей эффективности по сравнению с природными аналогами.
Согласно теории, производимый солнечным электричеством водород, мог бы быть использован для преобразования углекислоты в литоатуотрофных микроорганизмах, которые бы были генетически специально настроены на производство высокоэнергетического горючего в жидком виде. Тем не менее, низкая скорость переноса массы, низкая растворимость и некоторые проблемы с безопасностью накладывают серьезные ограничение не только на общую эффективность подобных процессов, но и на их масштабируемость.
Американские ученые заметили, что в роли эффективного переносчика энергии с успехом может выступать муравьиная кислота, способная заменить водород. Было решено использовать электрическую энергию для получения муравьиной кислоты, которая впоследствии используется для преобразования углекислого газа внутри бактерий, благодаря чему производство высших спиртов и изобутанола стало возможным.
Так или иначе, ученые произвели лишь демонстрацию возможности биологической конверсии углекислого газа в жидкое горючее с использованием электричества, не говоря ни слова об эффективности такого преобразования. Вместе с тем, данный вопрос является весьма значимым, поскольку перевод энергии в различные виды, как правило, сопровождается существенными потерями. В свою очередь ученые отметили, что на данном этапе исследований сложно говорить об эффективности технологии – адекватные данные станет возможным получить лишь при тестировании системы в условиях полноценного биологического реактора, над созданием которого ученые в настоящее время работают.{odnaknopka}