Может ли возобновляемая энергия действительно заменить ископаемое топливо?

По мере того как растет средняя температура в мире и параллельно с этим увеличивается спрос на энергию, поиск устойчивых источников топлива становится как никогда актуальным. Но как можно повысить масштаб использования возобновляемых источников энергии, чтобы заменить те огромные объемы нефти и газа, которые мы потребляем?

Энергия электростанций - это важная часть ответа, говорит ученая из Университета Пердью Морин МакКенн. "Растения - это основа будущей биоэкономики", - говорит она. "На мой взгляд, создание устойчивой экономики означает, что мы прекращаем выкапывать углерод из земли и начинаем использовать полтора миллиарда тонн биомассы, доступной в США ежегодно". Это стратегический запас углерода, который мы должны использовать для вытеснения нефти".

Будущее биоэнергетики

МакКенн - профессор биологических наук, бывший директор Энергетического центра в Purdue's Discovery Park и избранный президент Американского общества растительных биологов. Свою академическую карьеру она посвятила изучению клеточных стенок растений, которые содержат одни из самых сложных молекул в природе. Изучая широкий спектр растений - от тополей до цинний - она охарактеризовала сотни генов растений и их продуктов в попытке понять, как они все взаимодействуют и как ими можно выгодно манипулировать.

Подписывайтесь на наш youtube канал!

В производстве этанола используются ферменты для расщепления крахмалистых зерен кукурузы на молекулы глюкозы, которые, в свою очередь, ферментируются микроорганизмами для получения пригодного к использованию топлива. Многие исследователи работают над возможностью получения большего количества глюкозы путем разрушения целлюлозы - первичного волокнистого компонента стенок всех растительных клеток, который намного больше, чем крахмал. Однако МакКенн говорит, что их методы могут игнорировать ценный ресурс.

В дополнение к целлюлозе, клеточные стенки содержат много сложных, поли-ароматических молекул, называемых лигнинами. Эти соединения могут встать на пути ферментов и катализаторов, которые пытаются получить доступ к целлюлозе и разбить ее на полезную глюкозу. В результате многие лаборатории ранее пытались создать растения, в стенках клеток которых было больше целлюлозы и меньше лигнинов.

Но оказалось, что лигнины важны для развития растений и могут быть ценным источником химических веществ. В качестве директора Центра Пердью по прямому каталитическому преобразованию биомассы в биотопливо (C3Bio), МакКенн сотрудничает с химиками и инженерами в области максимального использования доступной биомассы, в том числе лигнина. Девятилетний грант Министерства энергетики США профинансировал работу исследователей C3Bio по использованию химических катализаторов для преобразования как целлюлозы, так и лигнина в жидкие углеводороды, которые более энергоемкие, чем этанол, и полностью совместимы с двигателями и существующей топливной инфраструктурой.

В свете полезности лигнинов МакКенн и ее коллеги заинтересованы в альтернативных стратегиях оптимизации биотоплива, которые не предполагают снижения содержания лигнина в растениях. Например, если исследователи могут регулировать прочность "клея" между растительными клетками, они могут облегчить ферментам доступ к целлюлозе, а также уменьшить количество энергии, необходимой для измельчения растительного материала. Другой подход заключается в генной инженерии жизни, выращивании растений для включения химических катализаторов в их собственные клеточные стенки, что поможет в конечном итоге распад будет более быстрым и полным.

"В обоих случаях эта работа является отражением синтетического биологического мышления", - говорит МакКенн. "Мы не просто берём то, что даёт нам природа, мы думаем о том, как улучшить характеристики биомассы, используя весь инструментарий генетики".

МакКенн призывает других думать о "путях распространения углерода". "Если мы думаем о том, как растения растут, то они чудесные химики". Они выводят углекислый газ из атмосферы и воды через свои корни и преобразуют эти простые молекулы в очень сложные структуры клеточных стенок", - говорит она. "Когда мы думаем об использовании растительного материала на биорафинадном заводе, главная цель состоит в том, чтобы каждый атом углерода, который растения так тщательно удерживают как часть своего тела, оказался в полезной молекуле-мишени, будь то жидкий углеводород или компонент какого-то материала с продвинутыми свойствами".

Как биологи-синтетики, МакКенн и члены ее лаборатории мыслят целостно, оптимизируя выращивание культур для производства продуктов питания, биотоплива и полезных материалов, таких как специализированные химикаты. Независимо от конечной цели, говорит она, думая об оптимизации, она учитывает три аспекта: увеличение урожайности с единицы площади, повышение качества и ценности каждого растения и увеличение площади земли, на которой можно выращивать прибыльные культуры. Целостный подход особенно важен для обеспечения того, чтобы ученые и сельскохозяйственные производители достигали этих целей без ущерба для глобальной окружающей среды или местных экосистем.

"По мере того как появляется новая биоэкономика, основанная на биологических науках, растения стоят у ее истоков во многих отношениях - как с точки зрения энергии, которую они могут обеспечить, так и с точки зрения видов молекул, которые они могут вырабатывать", - говорит МакКенн.

В настоящее время она признает, что работа по прекращению экономической зависимости от ископаемых видов топлива продолжается. Переход к экономике, основанной на возобновляемых источниках энергии, потребует многоуровневых изменений с течением времени. Например, даже если мы полностью перейдем на электромобили, нам, скорее всего, все равно понадобится углеводородное топливо для добычи лития для аккумуляторов и эксплуатации машин с более длительным сроком службы, чем автомобилей, таких как самолеты и океанские суда. Тем не менее, она сохраняет позитивный прогноз.

"Что дает мне большой оптимизм, так это то, что мы переживаем революцию в нашей способности делать новые открытия, которые приводят к технологиям, позволяющим ускорить темп открытий", - говорит она. Мы собираемся найти новые способы преобразования энергии из одной формы в другую, которые мы даже не представляли себе". Способность к такому существенному переходу от экономики, основанной на ископаемом топливе, к экономике, основанной на возобновляемых источниках энергии, будет существовать". Нам просто нужно двигаться вперёд". опубликовано econet.ru по материалам sciencenews.org

Подписывайтесь на наш канал Яндекс Дзен!

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление - мы вместе изменяем мир! © econet