Новый источник горючего

В последние годы человечество столкнулось с дефицитом энергоресурсов. Грядущее истощение запасов нефти и газа побуждает ученых искать новые, желательно возобновляемые источники энергии, к числу которых принадлежат растения.

Знакомя читателей со сложными превращениями веществ в ходе фотосинтеза, автор рисковал утомить их. Однако это необходимо было сделать для того, чтобы стали понятными вопросы, к рассмотрению которых мы приступаем.
Чрезвычайно заманчивые перспективы открывает использование в качестве энергоносителя водорода. В чем его преимущество перед другими источниками энергии, например бензином, каменным углем?
Водород — источник экологически чистой энергии. При его сжигании образуется только вода:
2Н2 + 02              2Н20.
Никаких канцерогенов — веществ, вызывающих раковые заболевания, или золы.
В то же время по калорийности водород не уступает вы- сЬкокачественному бензину.
К сожалению, на земном шаре запасы свободного водорода практически отсутствуют. Каким же образом можно получить его для технических надобностей? В настоящее время водород получают в результате электролиза воды. Однако такой путь производства топлива экономически невыгоден. Ведь для электролиза требуется большое количество электрической энергии. По этой причине в промышленных масштабах водород добывают в основном из природного газа, себестоимость такого водорода приблизительно в 2,5—3,0 раза ниже, чем полученного в результате электролиза воды. За год в мире добывают его более 30 миллионов тонн. Однако в связи с истощением запасов природного газа вряд ли целесообразно ориентировать энергетику на водород, производимый этим путем.
В хлоропластах растений, так же как и при электролизе, происходит расщепление молекул воды, но для этого используется солнечная энергия. Образующийся в результате фотолиза воды водород, как мы уже видели, присоединяется к НАДФ и используется затем в реакциях фото- синтетического восстановления углекислого газа до сахаров, а именно для превращения фосфоглицериновой кислоты в фосфоглицериновый альдегид. Для того чтобы хло- ропласты начали продуцировать свободный водород, необходимо присутствие особого фермента — гидрогеназы.
Около полувека назад было доказано, что некоторые бактерии, осуществляющие синтез органических веществ из неорганических при помощи энергии света (фототрофные бактерии), могут выделять молекулярный водород. К числу таких микроорганизмов относятся пурпурные бактерии и некоторые цианобактерии (синезеленые водоросли). В связи с тем что процесс выделения газа этими бактериями зависит от света, его назвали фотовыделением водорода.
Выяснилось, что названные микроорганизмы как раз и содержат фермент гидрогена- зу, добавление которой к суспензии хлоропластов, выделенных из листьев растений, делает их способными на свету продуцировать водород.
Еще в 1961 году в лаборатории известного специалиста в области фотосинтеза Д. Арнона было показано, что хлоропласты шпината, прогретые в течение пяти минут при температуре 50 °С, начинают выделять водород при добавлении некоторых веществ и бактериальной гидрогеназы. К сожалению, этот процесс лимитируется как ограниченностью срока «службы» хлоропластов, так и инак- тивированием гидрогеназы кислородом, выделяемым в ходе фотосинтеза. Поэтому ученые задались целью отыскать среди множества микроорганизмов такую форму фермента, которая была бы устойчива к действию внешних факторов.
И такой микроорганизм был найден. Им оказалась пурпурная серобактерия тио- капса (Thiocapsa roseopersici- па). Из нее была выделена гидрогеназа, обладающая значительной стабильностью в присутствии кислорода и при воздействии высоких температур. В результате использования гидрогеназы из тиокап- сы и железосодержащего белка ферредоксина хлоропласты шпината, табака, гороха и кукурузы образовывали водород с постоянной скоростью в течение трех — шести часов. Этот процесс происходит только на свету, а также при наличии системы, поглощающей кислород.
В некоторых случаях для повышения эффективности работы хлоропластов их иммобилизуют (обездвиживают) на студнеобразном веществе — альгинате кальция. Под действием света в такой системе можно получать и водород, и кислород. Однако долговечность ее и достигаемый максимальный выход газов пока недостаточны для производственного использования.
Ученые настойчиво ищут другие пути получения водорода с помощью растений. Не так давно было обнаружено, что некоторые морские и пресноводные водоросли выделяют на свету ’ водород. В Московском государственном университете им. М. В. Ломоносова разработана система, способная на свету вырабатывать кислород и водород. Она включает в себя микроскопические водоросли и термостойкие цианобактерии, продуцирующие гидро- геназу.
Предположим, что в результате какого-то биотехнологического процесса мы, наконец, получим значительные количества водорода. Каким же образом его можно использовать в двигателях внутреннего сгорания? Ученые предложили связывать этот газ химическим путем с металлами. В отличие от чистого водорода гидриды металлов не взрывоопасны. Кроме того, хранение газа становится надежнее.
Что касается попыток создания двигателей, работающих на водородном топливе, то впервые они предпринимались еще в прошлом веке. В настоящее время в ряде развитых стран, в том числе и в СССР, созданы автомобили, в которых возможно использование смеси бензина с водородом. Мощность двигателя и дальность пробега автомашин остались прежними, а вот выброс в атмосферу токсических веществ резко сократился. Ведь добавка даже пяти процентов водорода к обычному горючему активизирует процесс сгорания бензина и тем самым резко снижает содержание вредных веществ в выхлопных газах. К тому же расход бензина уменьшается на 40 процентов.
Внешне испытуемые автомашины мало чем отличались от обычных. Специальный аккумулятор водорода помещен в багажнике. Принцип его действия несложен: металлический порошок, нагреваемый отработанными газами, продуцирует водород, который смешивается с бензином и подается в двигатель. На переднем щитке появилась дополнительная панель, где размещены приборы, контролирующие работу аккумулятора.
Однако запасы водорода не позволяют пока перейти к массовому производству автомашин, работающих на новом топливе. Возможно, успехи в области физиологии растений будут способствовать решению этой проблемы.

Некоторые растения в ходе фотосинтеза образуют горючие жидкости, по своим свойствам напоминающие нефть. Нельзя ли их использовать для получения топлива? Ситуация напоминает ту, которая сложилась в конце 20-х годов в области производства каучука. Тогда нужды промышленного развития требовали найти такие каучуконосы, которые могли бы успешно расти в умеренных широтах. Они были найдены в природе. И если бы химики не создали технологию получения синтетического полиизопренового каучука, мы, возможно, до сих пор культивировали бы кок- сагыз и тау-сагыз.
Растительный мир представляет собой огромный биохимический комбинат, который поражает масштабами и разнообразием биохимических синтезов. Есть среди его представителей и такие виды, которые образуют горючие жидкости.
В южной части острова Хайнань (КНР) учеными обнаружены замечательные деревья из семейства бобовых, принадлежащие к виду синдо- ра клабра. Эти деревья с полным правом можно назвать «огненными», поскольку жидкость, которую они выделяют, своей способностью воспламеняться ни в чем не уступает нефти. По сообщению газеты «Джапан та'ймс», высота син- доры клабры превышает 30 метров, а огненную жидкость она начинает выделять, когда достигает 12—15 метров.
А вот другое сообщение, взятое из газет. Профессор Иджинио Дзанутто, преподаватель сельскохозяйственного института в Брешии, вырастил в оранжерее «нефтяное дерево». Внешне оно похоже на ель. «Нефтяное дерево», — утверждает профессор, — уроженец полупустынь Заира и Танзании. Оно содержит вещество углеводородной природы, которое по составу близко к нефти».
Свой вклад в поиски растений с горючими соками внес исследователь фотосинтеза М. Кальвин. Путешествуя по Бразилии, он обратил внимание на свойство млечного сока одного из видов молочая. У всех молочаев на месте разрыва стебля появляется белая, похожая на молоко жидкость. Оказалось, что у бразильского молочая млечный сок представляет собой эмульсию углеводородов, которая может использоваться в качестве горючего.
По возвращении в США М. Кальвин развел на своем ранчо небольшую плантацию этого растения. С каждого акра он ежегодно получает в год около 10 баррелей горючего. Напомним, что один баррель равняется 159 литрам. Этот показатель урожайности в сопоставлении с современными ценами на нефть представляется неплохим. А ведь путем селекции и совершенствования агротехники выращивания молочая можно наверняка добиться еще более высокой продуктивности растения.
Чрезвычайно интересные сведения были получены при химическом анализе едка молочая. Оказалось, что углеводороды, содержащиеся в нем, представляют собой смесь терпенов, которые в результате каталитического крекинга[2] превращаются в продукты, идентичные полученным из самой ценной сырой нефти. Согласно проведенным подсчетам, уже сейчас «растительная нефть» может успешно конкурировать с природной.
В Японии предложили использовать в качестве горючего для автомобилей эвкалиптовое масло, содержащееся в особых мешочках, погруженных в ткань листа. На его долю приходится до пяти процентов массы листьев. В настоящее время эфирное масло эвкалиптов применяется в парфюмерной промышленности и в медицине. Мировое производство его превышает тысячу тонн в год. Разумеется, этого недостаточно для удовлетворения потребностей автотранспорта. Ученые, однако, обращают внимание на одно весьма существенное преимущество этого вида топлива: в продуктах его сгорания очень мало вредных веществ. Что же касается его производства, то для этого необходимо увеличить площадь эвкалиптовых насаждений. Эвкалипты, как известно, легко размножаются вегетативно, быстро растут и дают значительную биомассу. С помощью современных методов селекции ученые создали особо быстрорастущие формы, которые в течение года дают до пяти тонн сухой биомассы с гектара, что в десять раз превышает прирост обычных эвкалиптов. Разумеется, селекционеров интересовала прежде всего древесина. Но ведь при ее заготовке листва также может быть использована как источник получения эвкалиптового масла, причем в значительных количествах.
Если применение масла гигантов растительного мира в автотранспорте представляется проблематичным, то употребление для этих целей масла кокосовой пальмы вполне реально, ведь Филиппины, Шри-Ланка, Индонезия, Малайзия и некоторые другие страны производят и экспортируют огромное количество копры — высушенных ядер кокосовых орехов. В ней содержится 60—65 процентов одного из самых ценных растительных масел, которое используется в производстве маргарина и высших сортов мыла, а также в кулинарии. Отходы производства кокосового масла дают моторное топливо, которое по техническим характеристикам близко к дизельному. В настоящее время в Малайзии и Японии созданы установки для переработки пальмового масла в горючее. После обработки метанолом и катализатором тон- н'а кокосового масла-сырца дает тонну дизельного топлива. В малайской столице Куала-Лумпуре проведены первые испытания автомобилей, работающих на новом горючем. Прогон ста автомашин на дистанции от 50 до 100 тысяч километров прошел без осложнений. Испытатели утверждают, что на новом горючем двигатель работает четче и экономичнее. Переводу автомашин на новое топливо препятствует то, что нефть на мировом рынке стоит пока дешевле кокосового масла. Однако запасы ее, как уже отмечалось, не беспредельны, тогда как кокосовое масло относится к возобновляемым источникам энергии.
В принципе в качестве дизельного топлива могут быть использованы многие растительные масла, но низкая продуктивность масличных растений сдерживает их употребление в этих целях. Исключением является масличная пальма, широко распространенная в тропической Африке. Она — поистине рекордист среди растений по производству масла с единицы площади. Один гектар ее насаждений дает от четырех до шести тонн масла. Однако селекционеры создали еще более продуктивные сорта этого растения, продуцирующие 14—16 тонн масла с гектара!
Наибольшее количество масла производится на Земле из соевых бобов. В 1985 году его было получено около 13,42 миллиона тонн. Австралия и Китай совместно разрабатывают дешевый малолитражный автомобиль с дизельным двигателем, который будет работать на горючем, изготовленном из таких культур, как соя и арахис.
Таким образом, продуктам фотосинтеза в настоящее время' придается чрезвычайно большое значение в решении энергетической проблемы. 

Еще по теме Новый источник горючего:

1. ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О СТРУКТУРЕ ТВЕРДЫХ ГОРЮЧИХ ИСКОПАЕМЫХНА ОСНОВАНИИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ МЕТОДА ЭПР С. Г. Прохоров
2. Новый период.
3. НОВЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРИНЦИП ПОДЪЕМА ПОЧВЫ
4. Новый мировой порядок
5. 5-12* Первичные половые клетки и новый пангенез
6. 13. Новый жоффруизм и винт эволюции
7. 6. 4. 3. Новый этап в состоянии биосферы. Ноосфера
8.   ИСТОЧНИК ЛИТЕРАТУРЫ  
9. Источники питания.
10. Общая характеристика фактора, его источники и измерение
11. ПРИЛОЖЕНИЕ Г Источники информации по пермакультуре
12. ОТЫСКИВАНИЕ ИСТОЧНИКОВ КОРМА. МОБИЛИЗАЦИЯ ПЧЕЛ НА ЕГО СБОР
13.   УКАЗАТЕЛЬ ЛИТЕРАТУРЫ (ИСТОЧНИКИ)  
14. Источники и накопители азота
15. 4.2. ГИГИЕНИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА РАЗЛИЧНЫХ ИСТОЧНИКОВ ВОДОСНАБЖЕНИЯ
16. НАВОЗ —ИСТОЧНИК РАСПРОСТРАНЕНИЯ ЗАБОЛЕВАНИЙ
17. Основные источники загрязненияи свойства загрязнителей
18. Видообразование — источник возникновения 13.2. многообразия в живой природе
19. НАВОЗ-ИСТОЧНИК ЗАСОРЕННОСТИ НОЛЕЙ СЕМЕНАМИ СОРНЫХ РАСТЕНИЙ