Технологии использования водорослей в качестве топливного сырья занимают одно из центральных мест среди подходов современной альтернативной энергетики. Привлечение нанотехнологий открыло возможность существенно снизить стоимость получаемых из водорослей масел за счет многократной наработки биомассой органических веществ.

В условиях увеличения потребности человечества в энергетических ресурсах, при ограниченных и уменьшающихся запасах топлива органического происхождения, ученые фокусируют внимание на технологиях получения топлива из возобновляемых источников. Исследования показали, что многие растительные культуры могут служить сырьем для получения топлива: кукуруза, соя, подсолнечник и пальмовое масло вполне подходят для этого, но лидирующее положение в ряду богатых маслами культур занимают микроводоросли. Это низшие растения – одноклеточные фотосинтезирующие организмы, основные компоненты фитопланктона, они не токсичны, легко воспроизводимы и способны развиваться в пресной и в соленой воде.

Крупное финансирование проектов по разработке технологий получения биодизельного топлива из водорослей началось в Америке еще в 50-х годах прошлого века, а в последнее время к работе в этом направлении подключилось множество научных групп, в том числе, в США и в Японии. К настоящему моменту ученые уже достаточно преуспели в этой области. Выращивание водорослей в специально освещаемых и перемешиваемых водоемах позволяет получать биомассу не только на поверхности, но и в объеме воды. Простые способы выделения масел – отжим и экстракция дают на выходе более 50% готового топлива от массы исходного сырья. И все же, в рентабельности такие производства пока еще уступают добыче нефти и некоторым другим способам производства энергии.

Существенно снизить стоимость биотоплива можно, если выращенные организмы будут не погибать при выделении из них липидов и жирных кислот, а оставаться живыми и способными вновь вырабатывать и аккумулировать органические соединения.

Эту, на первый взгляд, невероятную задачу, удалось осуществить американским ученым из Департамента энергетики США в Эймсе (U.S. Department of Energy's Ames Laboratory) и Университета штата Айова (Iowa State University). Сочетание решений био- и нанотехнологий, получившее название «nanofarming» – «агро-нанотехнология» представляет превосходные перспективы для промышленности. Коммерциализацией проекта занимаются организации-разработчики, и еще несколько крупных организаций, специализирующихся на нано- и биотопливной продукции: Catilin, Лаборатории по изучению энергетической эффективности и возобновляемых источников энергии Министерства энергетики США (DOE's Office of Energy Efficiency and Renewable Energy).

На этом микроснимке показаны наночастицы, имеющие губчатую мезопористую структуру и способные впитывать масла из водорослей, не повреждая растения.

В новой технологии интегрированы подходы нанотехнологии, химии и катализа. Мезопористые (имеющие наноразмерные поры) наночастицы экстрагируют масла из живых клеток водорослей, а для дальнейшего высокоэффективного выделения масла применяется специально разработанный и запатентованный катализатор Catilin.

Внедрение нового метода будет проходить в три этапа: сначала будут подобраны наилучшим образом подходящие для культивации и производства масел виды водорослей, затем будет оптимизирована экстракция с помощью наночастиц и каталитическая технология: выделение масла из системы и его переработка в биодизельное топливо. Третья стадия – это масштабирование технологии и ее непосредственное тестирование в промышленном формате.

Эта работа еще более удивляет, если назвать некоторые цифры. Водоросли обеспечивают действительно превосходную выработку топлива: с одного гектара культуры можно снять свыше 15000 л биодизеля. По оценкам экспертов, чтобы удовлетворить потребности США, полностью заменив нефтяное сырье, необходимо засеять водорослями примерно 40000 кв. км, что составляет меньше 1/7 части полей, засевавшихся в США в 2000 году кукурузой.

Ученые полагают, что успешный запуск этой технологии, использующей колоссальный биотопливный потенциал водорослей, может кардинальным образом изменить ситуацию с энергетикой, начав эру воспроизводимых источников энергии.

Мария Костюкова