Машины на сахаре? Вполне реально.

Производство водорода — одна из самых горячих тем наших дней. Ископаемое топливо неумолимо подходит к концу, и ученые отчаянно спорят о новых альтернативах: водород, синтетический газ, другие формы производства и хранения энергии, переводящие солнечную энергию в топливный эквивалент. Предлагается множество экзотических методов выработки водорода от катализа воды легирующими элементами до фотосинтетических клеток, эмулирующих природу в использовании светопоглощающих красителей.

Ученые из Политехнического Института штата Вирджиния, Национальной лаборатории в Оук Ридж и Университета Джорджии, заявляют, что разработали наиболее экономичный и эффективный процесс выработки водорода в истории. В ходе этого процесса сахар, вода и коктейль из 13 ферментов соединяются, образуя на выходе двуокись углерода и водород при мягких условиях реакции.

Доклад об исследовании был подан в Американское химическое общество, некоммерческую организацию, получающую заказы от Когресса США на исследования в области химии, и считающуюся одним из крупнейших научных обществ в мире. Как утверждают ученые, их исследование поможет преодолеть препятствия, с которыми водородная экономика столкнулась в вопросах производства, хранения и распределения. Использование сахара поможет решить эти проблемы с использованием найденной учеными технологии.

Группа исследователей указывает, что нынешние методы производства водорода из натурального газа, с помощью которого рассчитывается удовлетворять потребности ограниченного парка машин на водородных топливных элементах, слишком дороги и неэффективны для широкого внедрения. Многообещающим является микробиальное производство, но производительность его пока что слишком низка для промышленного внедрения.

Персивал Чжан (Y.-H. Percival Zhang), ведущий исследователь и инженер биохимии в Политехническом институте Вирджинии, и его коллеги выступают убежденными сторонниками использования биомассы для получения водорода с помощью ферментации. Исследователи уже достигли успеха в ферментации крахмала и уверены, что со временем смогут производить водород из целлюлозы.

Персивал Чжан. Virginia Tech

Во время экспериментов крахмал из биомассы соединяли в воде с 13 различными известными ферментами. Смесь оставляли бродить при температуре 30° С. В результате получали смесь чистой двуокиси углерода с водородом. Процесс приводит к меньшим загрязнениям, чем в традиционной энергетике, поскольку не дает побочных нитратных или сернистых загрязнений. Новый метод называют «синтетической биологией в пробирке», поскольку используются ферменты. Хотя выход продукта превосходил теоретический для анаэробной ферментации в три раза, Чжан говорит о необходимости дальнейшей работы по ускорению реакции и повышению выхода продукта для того, чтобы сделать технологию коммерчески привлекательной.

В настоящий момент Чжан и его команда планируют искать ферменты, устойчивые к более высоким температурам, и проводить реакцию при более высокой температуре в целях ее ускорения. Как правило, энзимы очень чувствительны к температуре, будучи по сути белками, денатурирующимися в условиях слишком высоких температур или pH. Кроме того, исследователи надеются добиться ферментации целлюлозы путем замещения некоторых ферментов другими.

Чжан считает, что наступит день, когда люди будут покупать в магазине упаковку целлюлозы или крахмала, чтобы заправить свою машину. Содержимое будет ферментироваться в водород с минимальными загрязнениями для окружающей среды. Или же, говорит он, может развиться инфраструктура наподобие сети автозаправок.

Когда же станет доступной эта технология? По расчетам ученых оптимизация производства для коммерческого использования в автомобилях может занять от 8 до 10 лет. Кроме того, исследователи планируют создать мини-версию технологии для небольших сахарных батарей к МР3-плеерам и другой мелкой электронике.

Финансируют исследование научно-исследовательский отдел ВВС США и Институт критических технологий и прикладных наук при Политехническом институте Вирджинии.

фото сахара: ipernity.com