Множество отраслей, включая тяжёлую промышленность и транспорт, особенно в сегменте большегрузных автомобилей, продолжают сильно зависеть от топлива с высокой энергетической плотностью, которое невозможно заменить электромобилями — дизельного горючего. Согласно данным Управления энергетической информации США, в 2022 году дизельное топливо стало источником примерно четверти всех транспортных выбросов CO2 и значительной части загрязнений, связанных с энергетическим сектором. Несмотря на технологические достижения, снижение выбросов и зависимость от этого топлива остаются трудными задачами.
Хотя биоуголь и биодизель могут помочь частично уменьшить эту зависимость, их эффективность ограничена из-за низкой производительности фотосинтетических процессов. В то же время для борьбы с изменением климата крайне важно наладить устойчивое и эффективное производство энергии. Вопрос глобальной энергетической безопасности оказывает влияние на все сферы — от экономики и производства до политики, продовольственной безопасности и здравоохранения.
Группа учёных под руководством профессоров Джошуа Юаня из Вашингтонского университета в Сент-Луисе и Сьюзи Дай из Университета Миссури, при поддержке коллег из Техасского университета A&M, разработала новый метод преобразования углекислого газа с использованием электрокатализа, который позволяет получать биодизель в 45 раз более эффективно, чем традиционное производство на основе сои. Результаты их работы опубликованы в журнале Joule.
«Мы разработали концепцию замкнутого цикла для создания топлива, химических веществ и материалов, которые значительно более эффективны, чем фотосинтетические процессы, и производят меньше углеродных выбросов, чем нефтехимическая промышленность, — отметил профессор Юань. — Мы тщательно исследовали и преодолели биохимические и метаболические ограничения в использовании углерода».
Учёные предложили трёхступенчатый метод производства биотоплива. Сначала с помощью электрокатализа углекислый газ преобразовывался в биосовместимые промежуточные вещества. Затем эти соединения (ацетат и этанол) использовались как корм для микроорганизмов, которые превращали их в липиды — вещества, подходящие для создания экодизеля. На последнем этапе липиды использовались для производства топлива.
Ключевым элементом этого процесса стал новый катализатор на основе меди и цинка, который ускоряет электрохимическую реакцию. Это позволило создавать двухатомные углеродные соединения, которые идеально подходят для переработки бактериями Rhodococcus jostii (RHA1), известными своей способностью вырабатывать липиды. Эти микроорганизмы также увеличивают метаболический потенциал этанола, способствуя преобразованию ацетата в жирные кислоты.
Результаты этого синергетического подхода в области микробиологии и электрохимии показали, что новая технология преобразует солнечную энергию с эффективностью 4,5%, что почти в 4,5 раза превосходит эффективность фотосинтетических процессов, происходящих в растениях, используемых для традиционного биодизеля.
Исследования по влиянию нового процесса на изменение климата дают хотя и не ошеломляющие, но обнадёживающие результаты. Разработка может помочь существенно снизить выбросы углекислого газа.
«Наше исследование подтверждает возможность создания платформы для высокоэффективного преобразования возобновляемых источников энергии в химические вещества, топливо и материалы, что позволяет преодолеть основные ограничения человеческой цивилизации, — заключил профессор Юань. — Этот процесс способен решить проблему дефицита сырья для биодизеля и расширить использование возобновляемых источников энергии в таких отраслях, как транспорт и авиация».
Нужно оборудование?
Звоните: 8 (800) 777-23-97
Точных Вам измерений!