Каким бы эффективным ни было ископаемое топливо, его влияние на планету трудно переоценить. Теперь исследователи из Лаборатории Беркли научили бактерии вырабатывать новое биотопливо, энергетическая плотность которого значительно превосходит плотность авиационного керосина.
Художественная репродукция нового биотоплива, производимого бактериями, которое может иметь более высокую энергетическую плотность, чем авиационный керосин. Jenny Nuss/Berkeley Lab
Молекула нового биотоплива известна в научных кругах как полициклопропан-метил-эфиры жирной кислоты (POP-FAMEs), и состоит из семи наборов циклопропановых колец. Эти кольца содержат три атома углерода, объединенные в треугольные формы, образующие углы в 60 градусов. Деформации такого угла содержат высокую потенциальную энергию, которая может высвобождаться при воздействии высоких температур в процессе горения.
В процессе эксперимента ученые выяснили, что природные бактерии, производящие циклопропан, принадлежат к известному роду стрептомицетов. Они скопировали кластеры ассоциированного генома в другие микроорганизмы, более приспособленные к лабораторным условиям. Конечным результатом исследования стали молекулы POP-FAME, названные командой топломицинами. Для того чтобы превратить их в топливо, пригодное для горения, необходим только один цикл химического обогащения.
Экстракт неочищенного циклопропана, полученного благодаря бактериям Streptomyces. Pablo Cruz-Morales
Для того чтобы сравнить свойства полученного биотоплива с горючим полученным обычным путём из нефти, ученые из Национальной лаборатории Сандия воспользовались компьютерной симуляцией. В результате анализа было установлено, что новое горючее безопасно и стабильно в условиях комнатной температуры, при этом его энергетическая плотность составляет более 50 МДж на литр. По сравнению с существующими видами топлива это огромное преимущество, так как плотность энергии бензина составляет примерно 32 МДж на литр, а плотность энергии обычного реактивного или ракетного горючего достигает 35 МДж на литр.
Благодаря таким показателям новое экотопливо позволит автомобилям преодолевать большие расстояния на одном баке или снизить объемы горючего, необходимого для запуска космических аппаратов, что сэкономит место и увеличит массу полезной нагрузки. К тому же, производство горючего посредством биосинтеза значительно сокращает негативное воздействие на экологию.
Культура бактерии стрептомицетов. Pablo Cruz-Morale
"Этот биосинтетический путь обеспечивает получение экологически чистого топлива с высокой энергетической плотностью, которое до сих пор можно было производить только из нефти с использованием высокотоксичного синтеза", - рассказывает ведущий автор программы Джэй Кейслинг. "Учитывая, что это горючее вырабатывается бактериями, питающимися растительным материалом, который производится из двуокиси углерода, извлекаемой из атмосферного воздуха, его сжигание в двигательных установках позволит существенно снизить выбросы парниковых газов в сравнении с любым видом топлива, получаемого из нефтепродуктов".
Разумеется, пока такое экотопливо не вполне пригодно для широкого потребления. Исследователям необходимо разработать технологию производства более крупных объемов топлива, что позволит провести его испытания, используя более продуктивные формы микроорганизмов. Кроме того, планируется изучить методы производства молекул разной длины для применения в различных сферах деятельности.
" В настоящее время ведется работа по регулированию длины цепи для решения конкретных задач", - рассказывает Эрик Сундстром, один из авторов проекта. "Горючее с более длинной цепочкой будет твердым и хорошо подойдет для определенных видов ракетного топлива, а более короткие будут лучше для реактивных двигателей, а в середине может быть молекула, альтернативная дизельным вариантам".
Исследование было опубликовано в журнале Joule.
Источники: Lawrence Berkeley National Laboratory, journal Joule, Википедиа.
(https://ru.wikipedia.org/wiki/Стрептомицеты)
(https://newscenter.lbl.gov/2022/06/30/bacteria-for-blastoff/) (https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2542435122002380?via%3Dihub)
