Представьте себе возможность использования электричества в качестве источника энергии для автомобиля, даже если у вас вовсе не электромобиль
Исследователи из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (UCLA) впервые продемонстрировали метод превращения углекислого газа в жидкое топливо изобутанол с использованием электричества. Джеймс Ляо (James Liao) и возглавляемая им команда ученых сообщили о разработке метода хранения электроэнергии в форме химической энергии в высших спиртах, которые могут использоваться в качестве транспортируемого жидкого топлива.
«Сегодня для хранения электроэнергии используются литий-ионные аккумуляторы, у которых удельная плотность энергии низка. Но если эту энергию запасать в жидком топливе, плотность может быть очень высокой» – утверждает Ляо.
Методами генной инженерии Ляо и его команда создали литоавтотрофные микроорганизмы, известные как Ralstonia eutropha H16, способные вырабатывать в электро-биореакторе изобутанол и 3-метил-1-бутанол, используя при этом углекислый газ в качестве единственного источника углерода и электричество в качестве источника энергии.
Фотосинтез – это процесс преобразования энергии света в химическую энергию и ее накопления в сахарах. Существуют две стадии фотосинтеза – световая и темновая. В течение световой стадии, протекающей на свету, происходит непосредственное преобразование световой энергии в химическую. Темновая стадия, в ходе которой углекислый газ превращается в сахар, не нуждается в свете.
Ученые смогли отделить световую стадию от темновой, и вместо биологического фотосинтеза для преобразования солнечного света в электроэнергию использовали фотогальванические панели, промежуточное преобразование в химическую энергию, и фиксацию углекислого газа для получения топлива.
Ляо поясняет, что такой метод может быть более эффективным, чем при использовании биологических систем, так как растениям нужны большие посевные площади. А поскольку его метод не требует совместного протекания световой и темновой стадий, солнечные панели можно будет устанавливать, например, в пустынях или на крышах домов.
Теоретически, водород, генерируемый с помощью солнечного электричества, может способствовать преобразованию углекислого газа литоавтотрофными микроорганизмами, созданными для синтеза жидкого топлива с высокой удельной плотностью энергии. Но низкая растворимость, малый коэффициент массопередачи и проблемы безопасности, свойственные водороду, уменьшают эффективность и сужают сферу применения таких процессов. Вместо водорода команда Ляо использовала муравьиную кислоту, оказавшуюся подходящей заменой и эффективным средством переноса энергии.
Электрохимическое получение муравьиной кислоты, биологическая фиксация углекислого газа и синтез высших спиртов открывают возможности для биоконверсии углекислого газа в различные химические вещества. Кроме того, согласно утверждению Ляо, преобразование муравьиной кислоты в жидкое топливо будет также играть важную роль в процессах переработки биомассы.
Представьте себе возможность использования электричества в качестве источника энергии для автомобиля, даже если у вас вовсе не электромобиль
Исследователи из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (UCLA) впервые продемонстрировали метод превращения углекислого газа в жидкое топливо изобутанол с использованием электричества. Джеймс Ляо (James Liao) и возглавляемая им команда ученых сообщили о разработке метода хранения электроэнергии в форме химической энергии в высших спиртах, которые могут использоваться в качестве транспортируемого жидкого топлива.
«Сегодня для хранения электроэнергии используются литий-ионные аккумуляторы, у которых удельная плотность энергии низка. Но если эту энергию запасать в жидком топливе, плотность может быть очень высокой» – утверждает Ляо.
Методами генной инженерии Ляо и его команда создали литоавтотрофные микроорганизмы, известные как Ralstonia eutropha H16, способные вырабатывать в электро-биореакторе изобутанол и 3-метил-1-бутанол, используя при этом углекислый газ в качестве единственного источника углерода и электричество в качестве источника энергии.
Фотосинтез – это процесс преобразования энергии света в химическую энергию и ее накопления в сахарах. Существуют две стадии фотосинтеза – световая и темновая. В течение световой стадии, протекающей на свету, происходит непосредственное преобразование световой энергии в химическую. Темновая стадия, в ходе которой углекислый газ превращается в сахар, не нуждается в свете.
Ученые смогли отделить световую стадию от темновой, и вместо биологического фотосинтеза для преобразования солнечного света в электроэнергию использовали фотогальванические панели, промежуточное преобразование в химическую энергию, и фиксацию углекислого газа для получения топлива.
Ляо поясняет, что такой метод может быть более эффективным, чем при использовании биологических систем, так как растениям нужны большие посевные площади. А поскольку его метод не требует совместного протекания световой и темновой стадий, солнечные панели можно будет устанавливать, например, в пустынях или на крышах домов.
Теоретически, водород, генерируемый с помощью солнечного электричества, может способствовать преобразованию углекислого газа литоавтотрофными микроорганизмами, созданными для синтеза жидкого топлива с высокой удельной плотностью энергии. Но низкая растворимость, малый коэффициент массопередачи и проблемы безопасности, свойственные водороду, уменьшают эффективность и сужают сферу применения таких процессов. Вместо водорода команда Ляо использовала муравьиную кислоту, оказавшуюся подходящей заменой и эффективным средством переноса энергии.
Электрохимическое получение муравьиной кислоты, биологическая фиксация углекислого газа и синтез высших спиртов открывают возможности для биоконверсии углекислого газа в различные химические вещества. Кроме того, согласно утверждению Ляо, преобразование муравьиной кислоты в жидкое топливо будет также играть важную роль в процессах переработки биомассы.
Перевод: Mikhail R по заказу РадиоЛоцман
На английском языке: UCLA Engineering Researchers use Electricity to Generate Alternative Fuel