Новое открытие позволит заменить бензин водорослями

Ученые из МФТИ, МГУ, "Сколтеха" и институтов РАН раскрыли точный химический состав биотоплива из одноклеточных водорослей, изучение которого поможет сделать его более эффективным, говорится в статье, опубликованной в журнале EJMS. 

"Дальнейшая работа должна быть сконцентрирована на использовании сортов водорослей с максимально высоким содержанием жиров и создание таких сортов при помощи генных модификаций. Так мы сможем выбрать из них самое эффективное сырье для производства биотоплива", — приводит пресс-служба Физтеха слова сотрудника "Сколтеха" и МФТИ Евгения Николаева.

Вопреки общепринятым представлениям, настоящими "легкими Земли", производящими большую часть кислорода, являются морские и пресноводные водоросли, а не деревья и другие сухопутные растения. Помимо воздуха, водоросли снабжают все морские организмы питательными веществами, преобразуя  углекислоту и энергию Солнца в сахара и другие "съедобные" вещества. 

Водоросли набирают биомассу в несколько раз быстрее других фотосинтезирующих организмов, из-за чего многие исследователи рассматривают их как главного кандидата на роль полноценной замены для бензина и других видов топлива. Помимо высокой скорости роста, водоросли имеют и массу других преимуществ – для их выращивания не нужно полей, а их одноклеточный характер упрощает их переработку в топливо.

Николаев и его коллеги обнаружили, что на самом деле биотопливо, которое изготавливают из водорослей, похоже по своим свойствам и происхождению не на нефть или нефтепродукты, а на некое подобие зеленки. К такому выводу ученые пришли, раскрыв полный химический состав "сжиженных" водорослей, из которых готовится биотопливо.

Как объясняют российские исследователи, топливо из водорослей производят совсем не так, как его "варят" из обычной растительной биомассы – одноклеточный планктон содержит в себе слишком много воды, чтобы его можно было высушивать и затем перерабатывать химически. Водоросли  "напрямую" превращают в биотопливо, нагревая их до температуры в 300 градусов Цельсия и одновременно сжимая до очень высоких давлений, фактически имитируя то, как возникает нефть в недрах Земли.

В результате этого процесса биомасса делится на жидкое топливо и густую "смолу", которая накапливается на дне реактора. И то, и другое содержит в себе тысячи отдельных веществ, что мешало определить их состав и оценить, как нужно поменять процесс "варки" водорослей, чтобы улучшить свойства топлива.

Для определения его состава российские ученые воспользовались хитростью – перед тем, как превратить водоросли в биотопливо, они вымочили их в парах "тяжелой" воды и щелочей.

Тяжелая вода и щелочи, как объясняют исследователи, содержит в себе атомы дейтерия – "тяжелого" водорода, в ядре которого присутствует не только один протон, но и один нейтрон. Молекулы, содержащие в себе дейтерий, будут иметь несколько другой спектр по сравнению с их обычными версиями. Это позволило не только "прочитать" формулы всех компонентов биотоплива, но и "увидеть" их трехмерную структуру.

Как оказалось, "морское" биотопливо состоит из веществ, большая часть из которых не имеет ничего общего с углеводородами и прочими молекулами, содержащимися в нефти. По словам химиков, эти вещества похожи на некоторые органические красители, такие как, например, бриллиантовый зеленый, который входит в состав зеленки.

Дальнейшее изучение этой "биозеленки", как считают авторы статьи, поможет понять, какие сорта водорослей лучше всего использовать для варки биотоплива и как их можно модифицировать, чтобы они могли заменить бензин и другие виды топлива из ископаемых углеводородов.