Инновации топлива
Повышение эффективности этанола. Бензин «зеленеет». Водород из крахмала
В США созданы три разновидности генноинженерной кукурузы, листья и стебли которой приспособлены для переработки в этиловый спирт. В настоящее время его в основном получают из ценного пищевого продукта, кукурузных початков. Было бы куда лучше использовать в качестве сырья несъедобную целлюлозу, которая в изобилии содержится в стенках клеток кукурузных стеблей и листьев. Для этого ее молекулы необходимо расщепить на молекулы сахаров, которые затем с помощью ферментирования можно переработать в этанол. В принципе такое расщепление осуществить нетрудно. Для этого природа создала энзимы из семейства целлюлаз, которые синтезируют многие бактерии и грибы. Коровы и другие жвачные животные переваривают траву именно потому, что в их желудке обитают такие микробы. Такие бактерии используются и в биореакторах, служащих для получения целлюлозного этанола. Однако эта технология отличается дороговизной, и поэтому целлюлозный этанол пока не может конкурировать с этанолом из кукурузных початков и соевых бобов. Профессор Мичиганского университета Мариам Стиклен решила наделить кукурузу способностью к разрушению целлюлозы. В естественных условиях целлолоза расщепляется благодаря последовательной работе трех различных целлюлаз. Профессор Сиклен создала три генноиженерных сорта кукурузы, каждый из которых содержит ген одного из этих энзимов. Модифицированным растениям не грозит саморазрушение, поскольку ферменты накапливаются в полостях внутри клеток и не входят в контакт с клеточными стенками. Они высвобождаются только в ходе переработки растительной биомассы и запускают процесс расщепления целлюлозы. Новая технология пока что не вышла из стен лабораторий, и для ее промышленного освоения надо преодолеть еще немало препятствий. Этим уже занялась американская фирма Edenspace Systems Corporation, которая рассчитывает добиться успеха через три-четыре года. Американским ученым впервые удалось в ходе одного химического процесса получить из растительной целлюлозы смесь жидких углеводородов, входящих в состав бензина. Этот эксперимент выполнил инженер-химик из университета штата Массачусетс Джордж Хьюбер, которому помогали аспиранты Торрен Карлсон и Тушар Виспут. Разработанный ими процесс в принципе прост. Он требует кратковременного нагрева и последующего быстрого охлаждения биоцеллюлозы в присутствии нескольких твердых катализаторов. На выходе получается жидкость с высоким содержанием толуола, нафталина и других органических соединений, содержащихся в нефтепродуктах. Эту смесь затем можно подвергнуть дополнительной переработке с целью превращения в полноценное автомобильное горючее либо использовать в качестве добавки к высокооктановому бензину. Весь процесс в лабораторных условиях занимает менее двух минут и требует очень умеренной затраты энергии. В Вирджинском технологическом институте разработан метод прямого превращения растительного крахмала в топливо будущего – водород. Это процесс осуществляется в низкотемпературном химическом реакторе, созданном под руководством Персиваля Жанга. В реактор загружается «болтушка» из крахмала и воды, которая затем нагревается до 30 градусов Цельсия в присутствии тринадцати ферментов. Различные химические превращения, протекающие в реакторе, приводят к возникновению смеси водорода и углекислого газа. Эти газы несложно отделить друг от друга и получить чистый водород. Новая технология пока еще не подходит для производства водородного топлива в промышленных масштабах. Реактор Жанга в его нынешнем виде работает слишком медленно и дает на выходе не так уж много водорода. Однако разработчики уверены, что за несколько лет эффективность этой технологии удастся повысить настолько, что она станет вполне конкурентоспособной.