Biorąc pod uwagę koszty budowy nowej infrastruktury i dostosowania się do nieznanych źródeł energii, prawdopodobnie nie przestaniemy w najbliższym czasie wykorzystywać paliw kopalnych. Jakie jest następne najlepsze rozwiązanie? Spraw, aby istniejące paliwa były bardziej ekologiczne i odnawialne.
Taki jest pomysł na nowe prace naukowców z Imperial College London i University of Turku w Finlandii, którzy mają na celu nakłonienie bakterii fotosyntetycznych do przekształcenia światła słonecznego w gaz propanowy. Technologia ma przed sobą długą drogę, zanim stanie się opłacalna z handlowego punktu widzenia. Ale pierwszym krokiem zespołu udało się oszukać E. coli, bakterię występującą w naszym układzie trawiennym, w celu wytworzenia niewielkich ilości propanu gotowego do pracy w silniku.
Tradycyjnie propan powstaje jako produkt uboczny przetwarzania gazu ziemnego i ropy naftowej. Jest usuwany z gazu ziemnego, aby uczynić transport wzdłuż rurociągów pod ciśnieniem bezpieczniejszym, a rafinerie produkują go, gdy rozkładają ropę naftową na benzynę lub olej opałowy.
W trzystopniowym procesie naukowcy wykorzystali enzymy, aby najpierw uwolnić kwasy tłuszczowe w E. coli, które są normalnie stosowane w tworzeniu błon komórkowych. Jeden z nich, kwas masłowy, został następnie przekształcony z innym enzymem w butyraldehyd - pochodną butanu. Wreszcie zespół przekształcił aldehyd masłowy w propan. Zespół odkrył, że stymulowanie enzymu przetwarzającego elektronami usprawnia ten proces.
Niedawno opisany w czasopiśmie Nature Communications projekt jest w początkowej fazie. Ale Patrik R. Jones, jeden z autorów artykułu, twierdzi, że metoda jest prostsza niż podobne próby tworzenia paliwa za pomocą żywych organizmów. Drożdże lub bakterie odgrywają rolę w wytwarzaniu etanolu z cukru lub kukurydzy, a zmodyfikowane bakterie fotosyntetyczne wytwarzają olej napędowy również z upraw. Etanol jest obecnie powszechnie dodawany do benzyny w Stanach Zjednoczonych, głównie dzięki dotacjom rządowym i zachętom. Jednak biodiesel pochodzenia bakteryjnego nie był jeszcze szeroko stosowany, głównie ze względu na utrzymujące się problemy z kosztami i wydajnością.
„W przypadku biodiesla [fotosyntetycznego] proces przebiega na wielu etapach, a każdy z nich ma negatywny wpływ na wydajność”, mówi Jones. „Gdybyśmy mogli zmniejszyć liczbę kroków, przynajmniej teoretycznie, moglibyśmy mieć bardziej wydajny proces.”
Koncentracja na propanie w przeciwieństwie do innych paliw również upraszcza proces, ponieważ propan łatwo oddziela się od komórek organizmu dzięki zwartej strukturze chemicznej. Etanol, który można wytwarzać z kukurydzy, cukru i innych upraw, musi być fizycznie oddzielony od wody w procesie energochłonnym. Obecne metody pozyskiwania oleju napędowego z alg obejmują otwieranie komórek, a tym samym zabijanie organizmów wytwarzających paliwo. Za pomocą propanu paliwo można oddzielić bez niszczenia E. coli .
Propan jest łatwy do zebrania jako gaz, a jednocześnie łatwiej go bezpiecznie przechowywać niż wodór, który jest bardzo niebezpieczny jako gaz, szczególnie gdy jest zmieszany z powietrzem. Wybrano również, jak mówi Jones, ponieważ łatwo go upłynnić do transportu i jest kompatybilny z istniejącą infrastrukturą. Propan jest głównie kojarzony z grillami zewnętrznymi w Stanach Zjednoczonych, ale jest również wykorzystywany do zasilania wózków widłowych i silników łodzi. Samochody można nawet przerobić na propan; proces ten jest dość powszechny w Wielkiej Brytanii, gdzie ceny gazu są znacznie wyższe niż w Stanach Zjednoczonych.
Zespół używa E. coli na tym etapie, ponieważ praca z nim jest prosta, mówi Jones. Ale ostatecznie naukowcy mają nadzieję na przeszczepienie procesu z E. coli do bakterii fotosyntetycznych, dzięki czemu światło słoneczne dostarczy energię do zasilania komórek, a nie dietę wymaganą przez E. coli . To znowu zmniejszy liczbę kroków w tym procesie, ale jeszcze wiele pracy pozostało do zrobienia, zanim naukowcy dojdą do tego punktu.
„Tylko teoretycznie idealne lub prawie teoretycznie idealne systemy będą miały kiedykolwiek szansę na komercjalizację”, mówi Jones. „Dlatego ważne jest, aby spróbować osiągnąć [proces], który działa tak dobrze, jak to możliwe.” W tej chwili Jones szacuje, że będzie musiał wyprodukować od 1000 do 5000 razy więcej paliwa ze swojego procesu, zanim przemysł wykaże zainteresowanie. I od tego momentu musiałoby nastąpić więcej inżynierii i udoskonalenia, zanim będzie to opłacalne z ekonomicznego punktu widzenia jako alternatywa dla istniejących paliw kopalnych.
„Niektóre problemy dotyczą enzymów, których używamy”, mówi Jones. „Więc trzeba będzie poszukać alternatywnych enzymów lub ulepszyć enzymy, które mamy, a same będą to duże projekty”.
Oczywiste jest, że w najbliższym czasie nie będziemy prowadzić samochodów ani grillować hamburgerów za pomocą propanu wytwarzanego przez bakterie i słońce. Ale w artykule z Imperial College London, Jones powiedział, że ma nadzieję, że proces ten stanie się opłacalny komercyjnie w ciągu najbliższych 5 do 10 lat.
Nawet jeśli ta ocena jest hojna, produkcja propanu zasilana energią słoneczną może być gotowa na czas, aby przyspieszyć przejście z brudnych paliw na bardziej przyjazne dla środowiska alternatywy.
