Из одного вида водорослей получены две разновидности биотоплива
Результаты нового исследования показали: водоросли – это не только корм для рыб, но и перспективный источник биотоплива для реактивных двигателей. Причём сразу двух видов.
Группа американских учёных, работающая во главе с Грегом О’Нилом (Greg O'Neil) из Университета Западного Вашингтона и Крисом Редди (Chris Reddy) из Вудс-Холского океанографического института, соединила знания из разных областей науки и обнаружила, что водоросли рода Isochrysis позволяют синтезировать два различных топливных продукта.
Как и все растения, водоросли производят сахара (углеводы) и жиры для сохранения энергии. Затем они сжигаются в процессе движения и работы метаболических процессов. Человек выделяет эти жиры из растений для использования в пищу (например, подсолнечное или оливковое масла) или же использует сахара (кукурузный крахмал) для производства этанола, который впоследствии служит биотопливом для двигателей.
В последние годы учёные всё больше внимания уделяют производству биотоплива при помощи водорослей. Они имеют ряд преимуществ. Так как их в пищу не употребляют, то их использование не влияет на цены продуктов питания. Кроме того, на той же площади можно вырастить куда больше водорослей (по объёму), нежели обычных сельскохозяйственных культур. И, наконец, водорослям "для полива" подходит не только пресная вода (можно использовать солёную и даже загрязнённую), да и земля под такими "пашнями" необязательно должна быть плодородной или экологически чистой. Есть и другой плюс: сжигание ископаемых видов топлива приводит к образованию большего количества углекислого газа, при сжигании продуктов синтеза водорослей такие выбросы меньше.
Как выяснили американские учёные, иногда, ко всему прочему, в процессе "выращивания" биотоплива удаётся получить интересные побочные продукты.
Биоинженеры исследуют сотни различных видов водорослей. О'Нил и Редди решили изучить водоросли рода Isochrysis. Они хорошо растут (в настоящий момент их используют в качестве корма для рыб) и производят достаточное количество жиров.
Во-вторых, Isochrysis является одним из немногих родов водорослей, способных производить алканоны. Эти соединения состоят из длинных цепочек атомов с 37-39 атомами углерода в основе, и исследователи полагают, что они могут быть источником топлива.
Как выяснили исследователи США, в своё время Isochrysis были отвергнуты, так как из них получалась не прозрачная золотистая, а грязно-чёрная похожая на смазку жидкость (с такой субстанцией сложно работать, решили химики-исследователи).
Однако команда О'Нила и Редди всё же решила изучить потенциал Isochrysis. Так как часть коллектива составляют морские биологи, они многое знают о биологических и химических свойствах водорослей этого рода. Кроме того, американцы обратили внимание, что Isochrysis генерируют метиловые эфиры жирных кислот (FAME), из которых можно получать хорошее биодизельное топливо.
Запустив стандартный процесс извлечения нужных веществ из водорослей, американцы выяснили, что нужно продолжать его не 30-40 минут, как делали химики ранее, а более часа. Все учёные, которые перед этим работали с Isochrysis, останавливали процесс, так как спустя 40 минут выход был практически нулевым. Но команда О'Нила и Редди через час работы получила другой класс более тяжёлых соединений.
Метиловые эфиры жирных кислот являются слишком длинными молекулами, чтобы их можно было использовать для производства реактивного топлива. Алканоны с 37-39 атомами углерода в цепочке — ещё длиннее, но их можно химическим путём поделить на части.
"Мы использовали реакцию обмена олефинов, — комментирует О’Нил. — За её открытие в 2005 году была присуждена Нобелевская премия по химии. В ходе этого процесса в алканонах расщепляются углерод-углеродные двойные связи, в результате чего длинные цепочки разрываются на составляющие из 8-13 атомов углерода. Такого размера молекулы пригодны для использования".
Учёные полагают, что их способ производства двух видов биотоплива из одного вида водорослей может в конечном счёте использоваться в коммерческих целях. Пока стоимость производства слишком высока (около $2500 за литр), но это лишь первый шаг на долгом пути. Исследователи подчёркивают, что крайне воодушевлены первыми результатами.
Научная статья группы О'Нила была опубликована в издании Energy&Fuels.
"На данном этапе исследований нам ещё далеко до производства экономически целесообразного и конкурентоспособного продукта, – рассказывает О’Нил. – Однако мы нашли интересный новый способ по изготовлению биотоплива из водорослей".