Мусорная лихорадка: бактерии впомощь

Мусорная лихорадка: бактерии впомощь

Цивилизация прочно сидит на нефтяной игле, и виной всему машины. Ежедневно человечество проглатывает 3,5 млн баррелей нефти, из которых более 90% употребляется для производства жидкого горючего. И эти цифры неумолимо растут. Автомобилизация таких государств, как Индия и Китай, может удвоить мировую потребность в горючем. Что же делать? Где забрать недостающие миллионы баррелей?

У нефтедобывающих государств ответ несложной — добывать еще больше. У тех, кто нефть берёт, иное вывод: делать более экономичные машины и ускоренными темпами развивать другие топливные разработки.

Коренная перестройка автоиндустрии уже началась, но ее первые настоящие плоды покажутся лишь в начале следующего десятилетия: сходу пара автогигантов собираются вывести на рынок массовые и недорогие модели электромобилей и сверхэкономичных гибридов. Это, без сомнений, ослабит мертвую хватку дорогой нефти, но глобальный хороший эффект от появления автомобилей без выхлопной трубы наступит еще не скоро.

Что же мы будем заливать в топливные баки отечественных металлических либо алюминиево-карбоновых коней с двигателями внутреннего сгорания в ближайшие пять-десять лет? Уилл Роу, президент американской технологической компании Coskata, говорит, что это будет биоэтанол. Причем недорогой и качественный.

Недорогой — по причине того, что для его производства не необходимы сахарный тростник, кукуруза либо пшеница. А качественный — по причине того, что бактерии не могут трудиться спустя рукава!

Этанол вместо ботулизма

В 2006 году Тодд Киммель, начальник венчурного фонда GreatPoint Ventures, по совету и при участии биохимика Аарона Мэнделла выкупил у Университета Оклахомы права на особенный штамм бактерии Clostridium carboxidivorans — родственницы C. botulinum, печально известной человечеству как обстоятельство ботулизма. Но Киммель не планировал производить биологическое оружие.

Его целью было создание разработки промышленного получения недорогого биологического топлива из бесплатного сырья, лежащего практически под ногами. Ученые из Оклахомы нашли у нового вида клостридии, отысканного в 2005 году в придонном иле, превосходное свойство — она с аппетитом поглощает углекислый газ, угарный газ и водород, превращая их в этиловый спирт. Эти ингредиенты — не что иное, как синтез-газ, из которого давным-давно приобретают разные органические вещества.

Газовая смесь образуется при нагреве до температуры более 800 °C фактически любой органики. Исходным сырьем смогут быть сажа, древесные отходы, сухие отходы сельхозпроизводства, автомобильные покрышки, бутылки и пластиковые пакеты, бумага, ткани и т. д. Одним словом — мусор.

Идею Киммеля и Мэнделла — товарный этанол из целлюлозы и бытовых органических отходов по цене, в 2−3 раза меньше нынешней, — мгновенно оценил легендарный венчурный инвестор Винод Хосла. Данный человек славится тем, что ни при каких обстоятельствах не ставит на неудачников. Скоро при участии трех венчурных фондов — Khosla Ventures, Advanced Technology Ventures и GreatPoint Ventures — была создана компания Coskata. Работа началась без проволочек.

Доводка нужных особенностей штаммов бактерий и базисные правила неповторимой разработке разрабатывались в сотрудничестве с учеными из Аргоннской национальной лаборатории до 2007 года.

Деятельность Coskata была строго сохраняеться в тайне — через чур большие деньги находились на кону. Лишь на Детройтском автосалоне в первых числах Января 2008 года состоялась совместная пресс-конференция автогиганта Дженерал моторс и никому не известной в то время Coskata. То, что на ней раздалось, стало всемирный сенсацией. Стороны заявили о начале совместного проекта по постройке сперва пилотного, а после этого и полномасштабного фабрик по производству сверхдешевого этанола.

Уилл Роу объявил, что цена литра этанола, произведенного по способу Coskata, составит менее четверти американского доллара. Затем выступления рыночная цена Coskata взлетела до полумиллиарда долларов.

Ресторан для бактерий

Методика Coskata включает три этапа. Первый из них — термохимическая газификация: превращение исходного сырья в тот самый синтез-газ, что так обожают бактерии из Оклахомы. Исходное сырье загружают в особую печь и при ограниченном доступе кислорода нагревают плазменными горелками практически до 900 °C. Наряду с этим органика преобразовывается в синтгаз, а примеси и несгоревшие остатки удаляются.

Во всем мире газификация происходит совершенно верно так же. Но следующие два этапа технологического процесса Coskata не имеют аналогов.

Классический метод получения жидкого моторного горючего из синтгаза был создан еще в начале прошлого века германскими учеными. Фундаментальные изучения данной неприятности были совершены Фридрихом Бергиусом, потом взявшим за это Нобелевскую премию по химии. Предстоящее развитие его идеи взяли в работах Ганса и Франца Фишера Тропша, создавших промышленную разработку синтеза бензина из угля (процесс Фишера-Тропша).

Сущность его содержится в каталитическом гидрировании оксида углерода с образованием смеси углеводородов при температуре около 200 °C. Катализаторами в большинстве случаев помогают кобальт, оксиды и железо разных металлов. Энергоемкость данной стадии высока совершает конечный продукт неконкурентоспособным.

Помимо этого, для получения 1 т синтетического бензина требуется 4 т угля, что экономически невыгодно.

Вместо этого вторым этапом методики Coskata есть так называемая ферментация. А попросту говоря — откармливание бактерий охлажденным до 38 °C синтез-газом. Это самая сложная с технической точки зрения стадия, потому, что эти микробы совсем не переносят кислорода, а компоненты синтез-газа еле растворяются в воде.

Одноклеточный завод

Инженеры Coskata сумели блестяще решить проблему организации стремительного и сытного питания синтез-газом собственных подопечных. Для этого был создан особенный биореактор, складывающийся из огромного количества полых пластиковых трубок диаметром в пара десятков микрон, помещенных в водную среду. Вовнутрь трубок закачивается теплый синтез-газ, что через стенки-мембраны равномерно просачивается в окружающую воду.

Внешняя поверхность трубок — необычный обеденный зал для бактерий. Дабы они не теряли аппетита, в воду додают дополнительные витамины и — питательные вещества аминокислоты. Естественный продукт жизнедеятельности бактерий — этанол — вместе с потоком воды выносится из реактора.

Бактерии — совершенные природные микрореакторы, легко подстраивающиеся под изменяющиеся внешние условия. Вице-президент по разработкам и научным исследованиям Coskata Ричард Тоби говорит, что кроме того в случае если «кормить» колонию клостридий одним угарным газом, то конечным продуктом все равно будет этанол. Еще один большой плюс способа ферментации Coskata — высокая производительность и быстрота.

Последний этап процесса — получение концентрированного этанола из водного раствора. Независимо от метода получения «браги» на ее перегонку кроме того самым экономичным методом уходит до 30% энергии, содержащейся в конечном продукте. Coskata фактически не затрачивает энергии для выделения этанола из водного раствора: ее инженеры без шуток модифицировали известную технику диффузионного испарения через полупроницаемую мембрану, либо перфузии, в которой употребляется отличие удельной плотности воды и этанола, и особые гидрофильные мембраны, пропускающие воду, но задерживающие главный продукт.

Специалисты говорят «да»

Согласно мнению ученых, проводивших свободную экспертизу способа Coskata, новая гибридная разработка, совмещающая термохимические и биологические процессы, владеет выдающимися показателями. Так, полученный этанол при сжигании способен выдать 7,7 джоулей на любой джоуль затраченной на его производство энергии. При классической технологии выделения этанола методом дистилляции — всего 1,3.

На любой литр взятого этанола Coskata расходует 0,8 л воды, в то время как для производства для того чтобы же количества этанола посредством любых вторых существующих разработок нужно не меньше 3 л воды. Важно да и то, что при производстве этанола по данной технологии в воздух выбрасывается на 84% меньше углекислого газа, чем при производстве равного количества бензина (от нефтяной скважины до бензоколонки).

По словам Джима Макмиллана из Национальной лаборатории по возобновляемым источникам энергии (NREL), получение горючего из сахарозы и крахмала не поменяет обстановку на топливном рынке, даже в том случае, если и дальше наращивать площади посева и питательную сокровище растений. «Настоящий прорыв вероятен, лишь в случае если обучиться применять миллиарды тысячь киллограм жёстких отходов», — говорит он. И похоже, Coskata подошла весьма близко к решению проблемы.

Сырья, которое возможно перевоплотить в горючее с минимальными затратами, куры не клюют. Накопленные за десятилетия эвересты бытового мусора смогут стать соперниками нефтяных скважин.

Мобильные установки для синтеза этанола смогут размешаться прямо на свалках, на территории больших промышленных и сельскохозяйственных фирм. По утверждению Веса Болсена, вице-главы фирмы по маркетингу, разработка Coskata — это вовсе не завтрашний сутки. Уже сейчас она всецело готова к применению, в том числе и в виде широкомасштабных проектов.

Первый из них, пилотный завод с годовым количеством производства 150 000 л этанола, будет выстроен уже в конце нынешнего года на территории комплекса Westinghouse Plasma Center недалеко от Питтсбурга. Он будет снабжать биологическим топливом испытательный полигон корпорации Дженерал моторс Milford Proving Grounds. А к 2011 году компания собирается запустить полноценное предприятие по синтезу товарного этанола с годовым производством от 200 до 400 млн литров.

Параллельно с этим разрабатываются компактные мобильные установки для муниципальных служб и небольших предприятий.

Генетическое программирование

Главной момент разработки Coskata — применение особенностей бактерий. На данный момент исследователи компании заняты глубоким изучением генома Clostridium carboxidivorans для определения направлений работы по его модификации. Специалисты уверены в том, что генная инженерия существенно расширит потенциал способа — так как бактерия еще фактически не изучена.

В это же время генетики утверждают, что бактерии уже сейчас способны на очень многое. Современные компьютеризированные методики разрешают моделировать бактерии с заданными особенностями, а после этого довольно быстро приобретать их штаммы. Посредством направленных мутаций возможно вывести штаммы, владеющие фантастическими особенностями. К примеру, создавать из того же сахарозы и крахмала не этанол, а бензин, дизель а также ракетное горючее.

Узнаваемая химическая компания LS9 из Сан-Франциско трудится над созданием бактерий, талантливых делать это в промышленных масштабах. Компания заявляет, что выстроит первую биофабрику по производству дизтоплива производительностью от 200 до 400 млн литров в год уже в 2011 году.

Компания Amyris Biotechnologies ставит перед собой еще более масштабные задачи. По словам ее вице-президента Нила Реннингера, за последние пара лет их эксперты смоделировали и вывели дрожжевых грибков и штаммы бактерий, талантливых синтезировать компоненты разных видов горючего. Сравнительно не так давно Amyris Biotechnologies подписала соглашение с одним из наибольших бразильских производителей этанола, компанией Crystalsev, о постройке биофабрики по синтезу биодизеля из сахарного тростника мощностью 120 млн литров в год. «Мы будем делать из растительного сырья совершенное ДТ без всяких промежуточных стадий, — заявляет Реннингер. — И вдобавок через два-три года начнем синтезировать совершенный бензин и лучшее в мире ракетное горючее».

Всемирно узнаваемый генетик Крейг Вентер заявил сравнительно не так давно, что трудится над выведением микроорганизмов, каковые смогут синтезировать сырую бионефть из углекислого газа, содержащегося в земной воздухе и во вредных выбросах больших фирм. Бактерии, каковые будут делать эту работу, возьмут особый ген-предохранитель с заданной программой самоуничтожения при их «побега» из биореактора. Полученная нефть будет перерабатываться на простых нефтеперегонных фабриках.

противники и Скептики Вентера, которых у него много, уже успели разгромить теоретические построения ученого. Но Вентер славится тем, что может фактически решать самые непростые задачи. Нам остается подождать не более года, дабы определить, как важны были его заявления: Вентер собирается уже к лету 2009 года создать пилотную биологическую «нефтяную скважину».

автомобили и Этанол

Этанол, либо синтетический этиловый спирт (C2H5OH либо CH3-CH2-OH), в далеком прошлом используется в качестве добавки к бензину. Октановое число этанола 113. Смесь этанола с бензином обозначается буквой Е. Цифрами отображается процентное содержание этанола в смеси. К примеру, марка Е85 свидетельствует смесь из 85% бензина и 15% этанола.

Смеси с содержанием этанола до 20% смогут использоваться на любом автомобиле. Но кое-какие производители машин ограничивают гарантию при применении смеси с содержанием более 10% этанола. Смеси, которые содержат более 20% этанола, во многих случаях требуют внесения трансформации в совокупность зажигания автомобиля. Самой распространенной на рынке есть смесь марки Е85.

Многие производители машин производят машины типа Flex-Fuel, талантливые трудиться и на бензине, и на Е85. Громаднейшее распространение топливные смеси бензина и этанола взяли в Бразилии и США. В Европе лидерство удерживают Франция, Швеция и Испания.

Численность мирового автопарка машин Flex-Fuel всегда растёт уже более десяти лет.

Пожиратели мусора

К роду Clostridium относятся анаэробные (живущие в совсем либо практически не содержащей кислорода среде — в земле, воде и кишечнике) палочковидные бактерии.

Свойства

При негативных условиях они образуют споры с утолщением в центре, из этого и их наименование, от греч. — веретено. Большая часть клостридий — мирные сапрофиты (пожиратели органического мусора). Кое-какие их виды кроме того нужны — они разрушают целлюлозу при вымачивании льна и участвуют в созревании зеленых сыров.

Но при изготовлении жёстких сыров маслянокислое брожение, вызванное обитающими в земле C. butyricum и C. tyrobutyricum, может загубить всю зараженную партию. Вследствие этого во многих государствах в зоне изготовление жёстких сыров запрещается кормить молочных коров силосом. А вдруг в эмментальском сыре заведется C. sporogenes, он купит ужасный запах протухшего белка.

Имеется среди клостридий и условно патогенные виды, вызывающие кишечные заразы, к примеру, при лечении антибиотиками, и возбудители таких серьёзных болезней, как столбняк, газовая гангрена и ботулизм.

Эрзац-бензин Фашисткой германии

Готовясь к войне, управление Фашисткой германии осознавало, что дешёвые нефтяные ресурсы Германии очень малы

Разработка

Главным резервом Вермахта была богатая нефтью Румыния. Но при ее утраты заменить румынскую нефть было нечем. Исходя из этого еще в конце 1920-х начались интенсивные поиски промышленных способов получения синтетического моторного горючего из угля.

На рубеже 1930-х германским химикам удалось создать несложную и надежную разработку термической газификации каменного угля и последующей каталитической переработки взятого газа в бензин по способу Фишера-Тропша.

Производство

Строительство фабрик по производству синтетического бензина началось в Германии уже во второй половине 30-ых годов XX века, а к 1944 году их количество достигло 25. В общем итоге с января 1938 по март 1945 года Германия произвела приблизительно 21,5 млн тысячь киллограм синтетического бензина. В условиях армейского времени экономика уходила на второй план и с затратами не считались: себестоимость эрзац-бензина с добавками бензола в качестве антидетонатора была вдесятеро выше простого «нефтяного».

Эрзац-бензином обеспечивалось 90% потребности в горючем для авиации и приблизительно 68% — для наземных транспортных средств и бронетехники. В армейские годы более половины всей потребности рейха в горючем покрывалось за счет угля. Кстати, как раз налаженным процессом синтеза бензина возможно растолковать то, что на германских танках так и не показались дизели.

Кризис

В первой половине 40-ых годов XX века с началом интенсивных бомбардировок союзниками фабрик по производству эрзац-бензина Вермахт начал испытывать топливный голод, и к началу марта 1945 года выпуск авиационного синтетического горючего составил всего 1000 т в месяц — менее 0,5% от уровня первых четырех месяцев 1944 года. В апреле 1945-го производство прекратилось. По окончании окончания Второй мировой СССР в рамках репараций вывез из Германии оборудование нескольких предприятий по выпуску эрзац-бензина в город Ангарск, где оно стало базой большого нефтехимического комплекса.

Сегодняшняя обстановка

На данный момент единственной страной в мире, производящей товарный синтетический бензин по способу Фишера-Тропша, есть Южная Африка. На четырех действующих фирмах производится приблизительно 24 млн литров топлива в сутки.

Статья размещена в издании «Популярная механика» (№72, октябрь 2008).

<

h4>

Самые СТРАШНЫЕ ВИРУСЫ у человека. Желтая лихорадка, грипп, малярия, ВИЧ и ротовирусная зараза

Статьи, которые будут Вам интересны: