Биотопливо из бактерий обладает большей плотностью энергии, чем реактивное топливо
Какими бы эффективными ни были ископаемые виды топлива, их влияние на планету невозможно переоценить. Теперь исследователям удалось настроить бактерии напрямую производить новое биотопливо с плотностью энергии значительно выше, чем у реактивного топлива.
Молекулы-кандидаты на новое топливо известны как полициклопропанированные метиловые эфиры жирных кислот (POP-FAME) и состоят из семи наборов циклопропановых колец.
Это кольца из трех атомов углерода, соединенных в треугольные формы, что заставляет связи образовывать угол 60 градусов. Деформации этого острого угла содержат высокую потенциальную энергию, которая может выделяться при сгорании.
Исследователи идентифицировали естественные бактерии, продуцирующие циклопропан, в семействе Streptomyces, а затем скопировали связанные кластеры генов в другие бактерии, которые более удобны для лабораторных исследований.
Конечным результатом стали молекулы POP-FAME, которые команда ученых назвала фулемицинами. Для превращения их в готовое к сжиганию топливо требуется всего один дополнительный этап химической обработки.
Затем ученые из Sandia National Labs провели компьютерное моделирование полученных видов топлива, чтобы оценить их свойства по сравнению с обычными видами топлива.
Анализ показал, что новое топливо будет безопасным и стабильным при комнатной температуре и будет иметь плотность энергии более 50 мегаджоулей на литр (МДж/л). Это огромное увеличение по сравнению с существующими видами топлива: плотность энергии бензина составляет около 32 МДж/л, в то время как обычное реактивное и ракетное топливо достигает максимума около 35 МДж/л.
Такая повышенная плотность энергии может помочь транспортным средствам проехать дальше на одном баке или уменьшить количество топлива, необходимого для запуска ракет, сэкономив больше места и веса для груза. В то же время производство топлива из бактерий снижает его воздействие на окружающую среду.
«Бактерии обеспечивают путь к высокоэнергетическому топливу, которое до этой работы можно было производить только из нефти с использованием высокотоксичного процесса синтеза», — сказал Джей Кислинг, руководитель проекта.
«Поскольку это топливо будет производиться из бактерий, питаемых растительным веществом, которое производится из углекислого газа, извлеченного из атмосферы, их сжигание в двигателях значительно уменьшит количество добавленного парникового газа по сравнению с любым топливом, полученным из нефти».
Конечно, это биотопливо еще не совсем готово к использованию. Исследователям нужно найти способы производить большее количество топлива, чтобы его можно было протестировать в двигателях, разработав процесс на более эффективных штаммах бактерий. Они также планируют изучить способы создания молекул разной длины для разных целей.
«Мы работаем над настройкой длины цепочки для конкретных приложений», — сказал Эрик Сандстром, автор исследования.
«Топливо с более длинной цепью будет состоять из твердых веществ, хорошо подходящих для определенных видов ракетного топлива, более короткая цепь может быть лучше для реактивного топлива, а в середине может быть молекула, альтернативная дизельному топливу».
Исследование было опубликовано в журнале Joule.