prezentazu.ru

Исследователи Virginia Tech нашли способ создания водородного топлива с использованием биологического метода, который значительно сокращает время и деньги, необходимые для получения топлива с нулевым уровнем выбросов. Этот метод использует кукурузные стебли и шелуху для получения водорода.

В отличие от других методов производства водородного топлива, которые полагаются на сахара высокой степени обработки, команда Virginia Tech использовала грязную биомассу — шелуху и стебли кукурузы — для создания своего топлива. Это не только снизило начальные затраты на создание топлива, но и обеспечило легкодоступный источник вблизи перерабатывающих заводов, тем самым позволив создавать топливо на местных предприятиях.

Одним из самых больших препятствий на пути широкого применения водорода — это капитальные затраты, необходимые для производства топлива из природного газа на крупных заводах. Доставка водорода пользователям с водородным транспортом — еще одна проблема.

«Мы показали, что самый важный шаг на пути к водородной экономике — производство распределенного и доступного зеленого водорода из местных ресурсов биомассы», — рассказал Персиваль Чжан, профессор кафедры инженерии биологических систем. Ученые уже получили значительное финансирование для следующей стадии проекта — увеличения масштабов производства в рамках демонстрации.

Команда ученых также повысила скорость реакции. Теперь она достаточна для производства водорода на отдельных заправочных станциях. Скорость реакции по меньшей мере в 10 раз быстрее, чем может самая быстрая из существующих систем производства водорода.

Результаты работы ученых, опубликованные в понедельник в Трудах Национальной академии наук, могут ускорить повсеместное прибытие водородных транспортных средств. И это хорошо, потому что водородного топлива будет хватать всегда, а выбросы углерода в воздух у него нулевые.

Роллин использовал генетический алгоритм наряду с серией сложных математических выражений, чтобы проанализировать каждый шаг ферментативного процесса, расщепляющего кукурузные стебли на водород и диоксид углерода. Он также подтвердил способность этой системы использовать сахарную глюкозу и ксилозу одновременно, что увеличивает скорость производства водорода. Обычно в процессе биологических конверсий два этих сахара могут использоваться поочередно, но не совместно, что увеличивает временные и финансовые затраты в процессе реализации.

Джой Роллин, бывший докторант Чжана в Virginia Tech, а также соучредитель стартапа Cell-free Bioinnovations, — ведущий автор работы. Эта работа опирается на предыдущие исследования Чжана ксилозы, самого распространенного «древесного сахара», как производителя водорода, но они были по большей части теоретическими.

Скромные условия реакции также указывают на низкие необходимые капитальные вложения для строительства заправочных станций, производящих и поставляющих водород по этой технологии.

Новое открытие уникально в двух направлениях.

Для производства распределенного водорода по доступным ценам, нужно решить вопросы с качеством продукта, скоростью реакции и разделением продуктов. С точки зрения выпуска продукта, использование бесклеточного искусственного ферментативного способа не только преодолевает естественные лимиты производства водорода микроорганизмами в три раза, но и позволяет избежать сложного регулирования потока сахара.

Реакция, которую изучают ученые, протекает в скромных условиях. Это значит, что водород легко можно отделить от водных реагентов и ферментов. Кроме того, ферментативные реакции, которые используются в этой системе, позволяют генерировать крайне чистый водород, идеально подходящий для водородного транспорта.

«Несмотря на то, что стоимость на данный момент сложно спрогнозировать, работа представляет революционный подход, предлагающий много новых преимуществ. Эти ученые, безусловно, расширили сферу нашего мышления о метаболизме и о том, какую роль он играет в будущем альтернативной энергетики».

«Мы считаем, что у этой невероятной технологии есть потенциал, позволяющий широко распространить транспорт на основе водорода по всему миру и отказаться от ископаемого топлива», — говорит Роллин. И мы не можем с ним не согласиться. Как сказал другой сторонник чистого топлива, Элон Маск, «сжигание ископаемого топлива — тупейший эксперимент в истории человечества».

Модель Роллина увеличивает скорость реакции в три раза, снижая размеры фабрики до размеров газовой станции, что еще больше сокращает расходы. Основным способом производства водорода на сегодня является использование природного газа, который тоже недешево доставлять и после которого остаются выбросы углерода.