Безвредное биотопливо: разрабатываются новые способы получения автомобильного горючего

Биотопливо рассматривается сейчас как альтернатива сокращающимся запасам нефти. Однако широкое его использование грозит Земле голодом и значительным ущербом окружающей среде. Возможный выход — в альтернативных методиках получения биотоплива. Этой весной специалисты Университета штата Техас в Остине закончили испытания новой технологии получения целлюлозы, предназначенной для последующего синтеза в биотопливо.

За основу были взяты цианобактерии, которые после генной модификации стали выделять гелевидные органические вещества, годные для производства топлива. Выращивать колонии бактерий можно на полях низших категорий, и, как утверждается, для поддержания существующей доли в США автомобильного биогорючего потребуется выделение всего 3% облагороженных сельхоз­угодий. В то время как обычные растительные топливные культуры, такие как рапс, кукуруза, тростник, в будущем способны занять не только все пахотные площади, но и потребуют дополнительных вырубок лесов.

Весна 2008 года ознаменовалась первыми протестными выступлениями жителей Южной Америки, обеспокоенных нехваткой продовольствия. В Бразилии власти были вынуждены вводить даже норму отпуска риса в одни руки и увеличивать закупки продовольствия за границей. Ажиотаж, вызванный этим решением, коснулся даже некоторых южных штатов в США, в магазинах которых поползли цены на рис. Причиной дефицита стал массовый переход южноамериканских фермеров на выращивание так называемых биотопливных культур, предназначенных для переработки в синтетические бензин и солярку. Как оказалось, выращивать эти растения выгоднее. Многие из них прошли через генную модификацию, не восприимчивы к вредителям, способны развиваться даже на очень вредных химических удобрениях и лояльны к некачественным методам хранения. А вот спрос и цены на них неизменно растут. Только Бразилия планирует к 2025 году заменить тростниковым биотопливом до 10% потребляемого в мире горючего. США и Евросоюз готовы увеличить его долю до 25%. Однако подсчитано, что для полного обеспечения нужд США в биогорючем потребуется собирать урожаи кукурузы с полей площадью 820 тыс. кв. миль, что сопоставимо со всем Средним Западом США. Таких угодий в стране просто не существует, а значит, мир стоит на пороге значительной трансформации сельского хозяйства и масштабных вырубок лесов, в том числе и в бассейне реки Амазонки. Между тем специалисты Университета штата Техас в Остине готовы предложить решение проблемы.

«Нами разработаны технологии получения этанола не из тростника или кукурузы, а за счет деятельности цианобактерий, или, как их еще называют, сине-зеленых водорослей, — рассказывает руководитель группы исследователей доктор Дэвид Ноублз. — Они известны со времен зарождения жизни на Земле, миллионы лет назад обеспечили атмосферу кислородом и сейчас способны помочь людям с топливными проблемами».

Ученые провели генетическую модификацию этих организмов. В их ДНК были добавлены генетические структуры от уксусных бактерий, отвечающие за производство глюкозы. В итоге колонии сине-зеленых водорослей стали выделять гелевидную субстанцию, богатую целлюлозой, которую очень легко можно использовать для производства этанола, а из него и самого биотоплива. При этом жить они могут на площадях, ранее не использующихся для выращивания пищевых продуктов. На богатых влагой почвах бактерии формируют так называемые маты в несколько сантиметров толщиной, состоящие из миллионов одноклеточных организмов. Поливать эти колонии можно любой водой, даже соленой из океана, что значительно удешевляет процесс их выращивания. Водоросли не нуждаются в удобрениях. Но главное, урожаи глюкозы от них можно получать постоянно, не уничтожая саму колонию, а лишь собирая ее «соки», что невозможно для рапса, тростника и иных растений.

«Подсчитано, что для выработки равного количества топлива от модифицированных цианобактерий потребуется только 3,5% земель, необходимых для выращивания кукурузы или тростника, — продолжает Дэвид Ноублз. — А значит, отпадет надобность в расширении сельхозугодий». Но есть у них и один существенный недостаток. Так, расти сине-зеленые водоросли могут лишь в странах с теплым климатом.

«Да и получаемый из них этанол можно применять только на юге, — рассказывает РБК daily заведующий лабораторией каталитического синтеза Института органической химии им. Зелинского РАН Евгений Мортиков. — При нулевой температуре пары воды и спирта образуют в бензине кристаллогидраты. Это мелкие кристаллики льда, способные забивать топливную аппаратуру. Помимо этого спиртовой бензин наши люди могут пить, что приведет к росту отравлений. Даже у среднего человека познаний в химии хватит, чтобы вычленить из бензина спирт. Для этого достаточно добавить в него воды и дать отстояться фракциям».

Поэтому для России лучше всего подходит прямая выработка биобензина из органики посредством пережигания сырья в синтез-газ. Это промежуточный продукт химических реакций, который можно использовать и для получения пластиков. «Технологии, связанные с синтез-газом, гораздо чище, чем переработка органики в этанол, — рассказывает РБК daily заведующий лабораторией математической химии Института нефтехимии и катализа РАН Семен Спивак. — Но они и достаточно дороги». Переработка нефти для России пока намного рентабельнее, а значит, появление биотоплива следует ожидать здесь нескоро.