Энергоэффективный Пермский Край

Вчерашние вредители помогут в освоении источников альтернативной энергии

Эти крохотные обитатели морских вод долгое время находились на плохом счету у судовладельцев. Лиминории, питающиеся древесиной, наносили серьезный ущерб деревянным кораблям и опорам мостов. Сегодня, когда деревянные суда уже не в моде, эти ракообразные древоточцы могут, наоборот, внести свой вклад в развитие альтернативной энергетики. В частности, в процесс получения биотоплива.

Колонии обычных бактерий могут стать фабриками, производящими биотопливо

Американские биологи показали, как можно использовать бактерии Escherichia coli (кишечную палочку) для выработки н-бутанола. Н-бутанол рассматривается в качестве одного из возможных заменителей дизельного топлива и бензина, а его лучшими биологическими производителями считаются грамположительные бактерии рода Clostridium. Модифицирование генетического кода Clostridium позволяет ещё больше увеличить выход бутанола, и именно такие опыты привлекают внимание специалистов.

Американские биологи показали, как можно использовать бактерии Escherichia coli (кишечную палочку) для выработки н-бутанола.

Н-бутанол рассматривается в качестве одного из возможных заменителей дизельного топлива и бензина, а его лучшими биологическими производителями считаются грамположительные бактерии рода Clostridium. Модифицирование генетического кода Clostridium позволяет ещё больше увеличить выход бутанола, и именно такие опыты привлекают внимание специалистов.

Однако некоторые исследователи пытались приспособить ферменты, которыми пользуются разные виды Clostridium, для получения топлива силами других бактерий, хорошо подходящих для выращивания в производственных масштабах. Основную роль в переработке в н-бутанол ацетил-кофермента А, продукта метаболизма глюкозы, играют пять ферментов, но при их «пересадке» сторонним бактериям объёмы выработки сильно снижались. Проблемой стало обратное действие энзимов, превращавших н-бутанол в исходные вещества-предшественники.

Авторы попытались решить вопрос, заменив два из пяти ферментов Clostridium энзимами, взятыми у других бактерий. «Это позволило снизить скорость обратной реакции, — поясняет руководитель исследования Мишель Чан (Michelle Chang). — Если она протекает достаточно медленно, процесс трансформации становится фактически необратимым, и мы увеличиваем выход готового продукта».

Таким образом, подготовленные биологами E. coli получили гены от трёх разных организмов: Clostridium acetobutylicum, Treponema denticola и Ralstonia eutrophus. Такие кишечные палочки показали достойные объёмы выработки н-бутанола — (4 650 ± 720) мг/л, что примерно соответствует уровню обычных Clostridium. Лучшие генетически изменённые представители Clostridium имеют в три раза более высокие показатели эффективности.

По мнению г-жи Чан, достигнутые значения вполне можно увеличить в несколько раз, и тогда E. coli будут готовы к использованию в промышленности. В настоящее время учёные также пытаются адаптировать найденный путь синтеза н-бутанола к организму дрожжей.

Источник: Портал "Компьютерра–Онлайн"

Пурпурные бактерии помогут получить водород

Получение энергии с помощью бактерий – многообещающая область. Уже сегодня существуют различные типы «бактериальных батареек», в которых живые существа вырабатывают электричество, например, питаясь сахарным сиропом. Пока что такие системы могут снабжать энергией в лучшем случае плеер, но, если представить, что когда-нибудь учёные создадут двигатель на основе генетически-модифицированных бактерий, выделяющих молекулярный водород, сахаром можно будет заправлять и автомобиль.

Бактерии Rhodobacter Sphaeroides могут быть использованы как источник молекулярного водорода – экологически чистого топлива. Сотрудники Института фундаментальных проблем биологии РАН изучили разные штаммы бактерий и продемонстрировали, что скорость выделения водорода под действием света зависит от пигментации бактерий. Создание штаммов с пониженным содержанием пигментов может рассматриваться как перспективный способ получения водорода. Об этом говорится в статье, опубликованной в журнале «Прикладная биохимия и микробиология», том 46, № 5, 2010 год, сообщает Информнаука.

Поиск новых альтернативных источников энергии относится к самым актуальным задачам современности. Использование водорода в качестве источника энергии – очень перспективное направление: двигатели на его основе выделяют вместо выхлопных газов водяной пар, то есть безопасны для окружающей среды. К тому же водород – возобновляемый источник, его можно получать различными способами. Среди самых популярных можно отметить паровую конверсию метана, то есть получение водорода при нагреве смеси водяного пара и метана. Сегодня промышленное получение водорода связано с выбросами углекислого газа, что усиливает парниковый эффект. К технологиям, позволяющим избежать загрязнения окружающей среды, относится получение водорода с помощью различных бактерий. Один из перспективных объектов – пурпурные бактерии Rhodobacter Sphaeroides. Они отличаются большим разнообразием метаболических процессов, они могут получать энергию как из органических веществ, так и из солнечного света. При переработке простых органических веществ (глюкозы, лактата, органических кислот) эти бактерии выделяют молекулярный водород.

Сотрудники Института фундаментальных проблем биологии РАН под руководством З. А. Зельцовой исследовали способность пурпурных бактерий Rhodobacter Sphaeroides к выделению водорода.

Скорость выделяемого бактериями водорода зависит от двух факторов: количества бактерий в биореакторах и интенсивности светового потока, необходимого для реакции фотосинтеза, объясняют учёные. До какого-то момента бактерии отвечают на увеличение интенсивности светового потока более интенсивным выделением водорода, но в дальнейшем они усиливают синтез защитных пигментов, снижают свою чувствительность к свету, и уровень водорода в реакционной среде больше не возрастает. Сотрудники института изучали способы преодоления этого эффекта. Они работали с генетически-модифицированным штаммом Rhodobacter Sphaeroides, у которого была нарушена функциональная особенность периферийного светособирающего антенного комплекса, а также выращивали бактерии в условиях недостатка азота (что также нарушает синтез пигментов). Учёные продемонстрировали, что бактерии с пониженным содержанием пигментов производят водород намного быстрее, чем их «дикие» сородичи.

Источник: Наука и технологии Российской Федерации

Энергия бактерий, вращающих наношестеренку

Появилась технология, которая позволяет извлекать энергию из движения бактерий. Опыты проводились на бактериях Escherichia coli, хаотически передвигающихся в жидкой среде посредством жгутика. Была спроектирована наношестеренка, размеры которой сравнимы с размерами бактерий.

Если поместить шестеренку в сосуд с бактериями, хаотично двигаясь, они будут ударяться о зубцы и таким образом вращать ее. Проблема заключается в том, что бактериальные клетки плавают в сосуде во всех направлениях и вращают шестеренку как по часовой стрелке, так и против, в результате чего суммарный вращательный момент равен нулю.

Однако не стоит забывать, что бактериальная система является "открытой", то есть в ней всегда есть обмен веществом и энергией с окружающей средой. В такой системе теоретически возможно "добиться" направленного движения и извлекать из этого движения энергию.

Заставить бактерии вращать шестеренку в нужном направлении удалось следующим способом: размеры шестеренки были значительно увеличены по сравнению с размерами одной бактериальной клетки (диаметр составил 48 икрометров, толщина - 10 микрометров). Кроме того, шестеренка обладала асимметричными зубцами, благодаря чему большая часть ударов бактерий приходилась в одном направлении и вращение все-таки происходило. Результирующая скорость была равна 2 микрометрам в секунду. При этом сами бактерии развивали скорость в среднем до 20 микрометров в секунду.

На данный момент КПД такой системы низкий, но ученые пришли к выводу, что ее эффективность может быть повышена. Планируется провести опыты с другими видами бактерий, обладающих жгутиками и, соответственно, способными перемещаться в пространстве. Кроме того постоянно ведется разработка новых видов шестеренок, которые позволили бы довести до максимума движение в одном из направлений. Сама технология извлечения энергии из движения бактерий считается очень перспективной.

Биотопливо. Основные тенденции развития рынка

ОАО Корпорация «Развитие» г. Белгород выпустила аналитический отчет «ОСНОВНЫЕ ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ РЫНКА БИОТОПЛИВА В МИРЕ И РОССИИ ЗА ПЕРИОД 2000-2012 ГОДЫ». Это подробный и добротный документ, выдержки из которого приводятся в заметке. Более подробно с отчетом можно ознакомиться в приложении к статье. Отчет подготовили специалисты Корпорации Федченко И.А., Соловцова А.С., Лукьянов А.Н.

Биотопливо. Тенденции мирового рынка

Движущими факторами для распространения биотоплива, являются угрозы, связанные с энергетической безопасностью, изменением климата и экономическим спадом. Биотопливо является альтернативой традиционным видам топлива, получаемым из нефти. В долгосрочной перспективе постоянно растущий спрос на биотопливо со стороны наземного, воздушного и морского транспорта может сильно изменить сложившуюся ситуацию на мировом рынке энергоносителей.

По прогнозам Мирового энергетического агентства, нехватка нефти в 2025 году будет оцениваться в 14%, что в несколько раз больше, чем в текущем году. Так что огромный мировой автопарк может спасти лишь постепенный уход от бензина и дизтоплива.

По данным МЭА, общий объем производства биотоплива - в том числе биоэтанола и биодизеля - в 2012 году составил 110 млрд. литров. То есть даже удвоение текущего уровня производства к 2021 году покроет лишь 7% мировой потребности в топливе. Темпы роста производства биотоплива намного отстают от темпов роста потребности в них. Происходит это из-за необходимости наличия дешёвого сырья и недостаточного финансирования.

Массовое коммерческое использование биотоплива будет определяться достижением ценового равновесия с традиционными видами топлива, получаемыми из нефти. В отчете американского бизнес-агентства GBI Research сообщается, что доля генерации энергии из возобновляемых источников в 2012 году составила 30% или 1 695 ГВт.

Аналитики GBI прогнозируют, что к 2020 году эти мощности возрастут до 2 762 ГВт, что увеличит долю «чистой» энергии в мире до 36%. Согласно исследованиям Минсельхоза России и ФГНУ «Росинформагротех», в структуре альтернативной энергетики в мире энергия биомассы составляет до 13%.

По прогнозам ученых, доля возобновляемых источников энергии к 2040 г. достигнет 47,7%, а вклад биомассы — 23,8%. Планы по началу производства биотоплива на государственном уровне приняты более чем в 38 странах мира. Мировыми центрами производства биотоплива в 2012 году являются США, Бразилия и Европейский Союз. Это три самых больших рынка в мире, в 2010 году сконцентрировавшие 85% мирового производства биологического топлива.

Энергия бактерий, вращающих наношестеренку

Появилась технология, которая позволяет извлекать энергию из движения бактерий. Опыты проводились на бактериях Escherichia coli, хаотически передвигающихся в жидкой среде посредством жгутика. Была спроектирована наношестеренка, размеры которой сравнимы с размерами бактерий.

Если поместить шестеренку в сосуд с бактериями, хаотично двигаясь, они будут ударяться о зубцы и таким образом вращать ее. Проблема заключается в том, что бактериальные клетки плавают в сосуде во всех направлениях и вращают шестеренку как по часовой стрелке, так и против, в результате чего суммарный вращательный момент равен нулю.

Однако не стоит забывать, что бактериальная система является "открытой", то есть в ней всегда есть обмен веществом и энергией с окружающей средой. В такой системе теоретически возможно "добиться" направленного движения и извлекать из этого движения энергию.

Заставить бактерии вращать шестеренку в нужном направлении удалось следующим способом: размеры шестеренки были значительно увеличены по сравнению с размерами одной бактериальной клетки (диаметр составил 48 икрометров, толщина - 10 микрометров). Кроме того, шестеренка обладала асимметричными зубцами, благодаря чему большая часть ударов бактерий приходилась в одном направлении и вращение все-таки происходило. Результирующая скорость была равна 2 микрометрам в секунду. При этом сами бактерии развивали скорость в среднем до 20 микрометров в секунду.

На данный момент КПД такой системы низкий, но ученые пришли к выводу, что ее эффективность может быть повышена. Планируется провести опыты с другими видами бактерий, обладающих жгутиками и, соответственно, способными перемещаться в пространстве. Кроме того постоянно ведется разработка новых видов шестеренок, которые позволили бы довести до максимума движение в одном из направлений. Сама технология извлечения энергии из движения бактерий считается очень перспективной.

Бактерии используются учеными для создания альтернативных источников энергии.

Бактерии - одни из самых распространенных организмов на нашей планете, а также одни из самых изученных. Сегодня ученые применяют бактерии в генетических исследованиях, производстве антибиотиков и даже биотоплива! Последние технологические достижения позволили сделать батарею, работающую на бактерии реальности. Аккумуляторы, работающие на бактериях и других микроорганизмах, известных как микробные клетки топлива или МФК, были внимательно исследованы учеными на протяжении десятилетий.

Как работают бактерии в питании батареи?

Вопреки широко распространеннуму мнению, бактерии сами не производят электроэнергию в МФК. Бактерии питают батареи, используя генерируемую ими (бактериями) химическую энергию, и преобразовывают ее в электрическую энергию с помощью относительно простого механизма. Как и большинство аккумуляторов, батарея на бактериях имеет анод (отрицательный полюс) и катод (положительный полюс). Кроме анода и катода бактериальная батарея также имеет мембраны, способные фильтровать электроны (анионы) и протоны (катионов), создаваемые в ходе химического разложения веществ бактериями.

Когда начинается выработка ионов при бактериальном распаде, анионы начинают передаваться от катода к аноду через внешнюю цепь, а протоны наоборот - направляются от анода к катоду. В двух словах, можно сказать, что химическая энергия, вырабатываемая в результате деятельности бактерий, преобразуется в электрическую энергию.

Огорчает тот факт, что не все бактерии имеют большую электрохимическую активность и многие из них требуют вещество, известное как "посредник" для облегчения потока ионов. Такие вещества, как тионин, метилвиологен, метил-синий, гуминовые кислоты и другие были использованы как посредники, но их токсичность является главным беспокойством ученых. Недавно учеными разработаны электрохимически активные бактерии, благодаря чему и сделан огромный скачок в науке питания батарей бактериями. Посредник МФК может работать на всем: от сточных вод до простого физиологического раствора и это будут по-настоящему экологически чистые батареи.

Источник: http://www.aenews.ru/

Синтезом экологичного топлива займутся бактерии

Задача синтеза экологически чистого и возобновляемого топлива, возможно, решена учеными Калифорнийского университета. Новый вид бактерий, выведенный с помощью технологий генетики, может синтезировать жидкое топливо, потребляя только углекислый газ и солнечный свет. Автор: Русский Андрей

Генетические эксперименты ведут не только к созданию потенциально небезопасных продуктов ГМО. Иногда они попадают в новости в совершенно неожиданном ракурсе.

В Лос-Анжелесе (США) ученые Калифорнийского университета приспособили генетически модифицироанных бактерий для обслуживания интересов энергетики при производстве экологически чистого топлива. Вновь выведенные бактерии потребляют углекислый газ (CO2), воду и солнечный свет, а на выходе дают жикое топливо - изобутанол. По сути, этот процесс напоминает фотосинтез у растений.

Поскольку молекула изобутанола содержит только атомы водорода, кислорода и углерода, при сжигании она распадается на экологически чистые компоненты - воду и тот же углекислый газ. Таким образом, синтезированное этим методом топливо можно считать возобновляемым. По эффективности топливо близко к бензину, а по экологичности - к природному газу.

Ученые утверждают, что этот вид бактерий можно будет применять в промышленных масштабах. При таком подходе можно будет решить сразу 3 проблемы: сократить вредные выбросы, запустить процесс связывания атмосферного углекислого газа, который человечество активно выбрасывает, и получить эффективное топливо для массового применения.

Кроме того, сам процесс производства не требует загрязнения окружающей среды: не нужно подведения тепла и сложных соединений - достаточно лишь солнечного света.

Один из разработчиков нового способа Джеймс Ляо говорит, что эта методика может стать серьезной альтернативной потреблению биотоплива. Это очень актуально, т.к. ввиду скорого истощения крупных месторождений нефти разрабатываются планы массового использования пищевой растительной биомассы для переработки в топливо, что, в свою очередь, может нанести удар по пищевому балансу планеты.

Сейчас учеными разработывается еще один вид бактерий, который сможет перерабатывать газ изобутиральдегид в тот же изобутанол.

Источник: http://portal-energo.ru/

Бактериальная наноэнергетика, или в чём архебактерии запасают энергию

Автор Кирилл Стасевич Учёным удалось обнаружить, в какой «банке» архебактерии держат свои энергетические запасы. Пара очень плотных гранул по концам бактериальной клетки, 150 нм в диаметре каждая, содержат в 100 раз больше энергии, чем остальное клеточное вещество.

Архебактерии (археи) внешне одинаковы с обычными бактериями, однако их биохимические и структурно-молекулярные отличия так велики, что в 1970-е годы их выделили в самостоятельный домен живых организмов. И хотя с тех пор интерес к этой огромной группе микроорганизмов не угасает, бóльшая часть их биологии представляет в научном смысле огромное белое пятно.

Археи примечательны своей способностью выживать в экстремальных условиях обитания и относительной независимостью от окружающей среды. В содружестве с обычными бактериями они являются важнейшими компонентами пищевых цепей, разлагая мёртвую органику. Так, Methanospirillum hungatei разлагает органические соединения с образованием метана. Исследователи изКалифорнийского университета в Лос-Анджелесе получили возможность увидеть, в чём эта бактерия хранит свой энергетический запас.

С помощью специального оборудования на базе Калифорнийского института наносистем микробиологам удалось воссоздать трёхмерную модель внутренностей этой метанобактерии. Оказалось, что в цитоплазме M. hungatei присутствуют особые гранулы величиной в среднем 150 нанометров в диаметре, состоящие из довольно плотного субстрата (примерно в четыре раза превышающего плотность воды). Исследования с использованием целого ряда методов микроскопии показали, что эти гранулы, занимая около 0,5% клеточного объёма, содержат запас энергии, в 100 раз больший, чем у всего остального клеточного вещества.

Наверное, это можно назвать «мирной атомной бомбой». У любой M. hungatei по два таких «энергетических заряда», по одному на каждый конец палочковидной бактерии. Эти гранулы образуются в строго определённом месте и в строго определённой фазе жизненного цикла, что указывает на существование жёсткого генетического контроля над ними.

В статье, выходящей в журнале Environmental Microbiology, исследователи пишут, что расшифровка генетического аппарата, ответственного у M. hungatei за создание такого энергетического запаса, позволит разработать энергетические батареи у синтетических бактерий (последние являются целью амбициозного проекта по сборке «с нуля» бактерий с заданными свойствами).

Пока же исследователи хотят выяснить, для каких именно нужд эта метанобактерия имеет свои энергетические «бомбы», служат ли они каким-то конкретным целям вроде процесса размножения или же, к примеру, являются обычным запасом на «чёрный день». Подготовлено по материалам Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе.

Источник: http://compulenta.computerra.ru/

Бактериальная батарея создаст энергетику будущего

Поиск альтернативных источников энергии становится все более актуальным, ведь запасы традиционного топлива истощаются. Новые расчеты показывают, что каменного угля осталось буквально на четверть века, а запасы нефти могут не перешагнуть с человечеством в XXII столетие. Солнце, ветер и приливная волна – вот стихии, которые собираются обуздать энергетики. Но как сохранить добытое таким образом электричество?

Добыча электричества – это лишь часть задач, которые должна решать энергетика. Ведь нужно еще сохранить заряд и передать его конечному потребителю. Конструкторам предстоит создать аккумуляторы будущего – емкие и надежные. И тут им на помощь приходит мать-природа, которая изобрела уникальный способ хранить электричество еще миллиарды лет назад, на заре зарождения земной жизни.

Новая технология, открытая американским профессором Брюсом Логаном из Пенсильванского университета, позволяет сохранять электрический заряд в пузырьках газа метана. Для этого ученый использовал природный дар – бактерии Methanobacterium palustre. Эти микроорганизмы хорошо и давно известны человечеству своей способностью превращать углекислый газ в метан.

Метанобактерии являются одним из древнейших видов организмов на Земле и ведут свое происхождение от первых одноклеточных существ. Как и другие прямые потомки архибактерий, они лишены ядра и каких-либо других органов, а по сроку жизни превосходят практически все остальные микроорганизмы. Именно метанобактерии производят характерные для болот испарения с удушливым неприятным запахом метана.

Исследования показали, что в природе метанобактерии могут сохранять электронный заряд, который используют как топливо, обмениваясь им с сородичами. Под воздействием слабого разряда тока бактерии выделяют крошечные пузырьки метана, в которых сохраняется небольшое количество электронов. Логан и его коллеги обнаружили, что, если нанести слой бактерий на катод и подвергнуть их воздействию слабого напряжения, то они покрываются слоем крошечных метановых пузырьков.

Следуя собственному пути эволюционного развития, метанобактерии научились накапливать электричество за счет химических свойств метана. При этом эффективность такого метода хранения равна невероятному показателю в 80 процентов. Ни одно из созданных человеком аккумулирующих устройств не может сравниться с природной приспособляемостью – значительная часть энергии пропадает, расходуясь на преодоление сопротивления, нагрев и побочные электрохимические реакции.

«Мы вступили на путь создания новых методов хранения энергии, где сможем превращать электричество в биотопливо», - комментирует результат исследований сам профессор Брюс Логан. Хотя полученную технологию нельзя причислить к эффективным методам борьбы с парниковым эффектом (метан опасен для земной атмосферы в не меньшей степени, чем углекислый газ), метанобактерии могут сохранять солнечную, ветряную и приливную энергию с гораздо меньшей себестоимостью, чем традиционные батареи.

Для коммерческого применения новой методики ученым еще предстоит подробно изучить сам процесс преобразования углекислого газа в метан. Необходимо узнать алгоритм этого превращения и количество действий, совершаемых бактерий для подобного результата. Только понимание клеточных механизмов поможет создавать наиболее эффективные энергохранилища.

По оценке независимых экспертов в области энергетики, а также ученых-микробиологов, новая «старая» технология имеет огромные перспективы. Электричества, вырабатываемого установками альтернативной энергии, явно недостаточно для решения насущных проблем человечества. Однако его хватает для выработки огромного количества метанового газа, который, в свою очередь, расценивается как основное топливо будущего.

Но многочисленные скептики не уверены, что реальный коэффициент полезного действия бактериальных аккумуляторов сравнится с теми показателями, которые удалось достигнуть в лабораториях. Именно поэтому команда профессора Логана в настоящее время занята проверкой работы прототипов биобатареи в нормальных условиях.

Источник: http://www.pravda.ru/

БАКТЕРИАЛЬНЫЕ ТОПЛИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ВЫДАЮТ 2,87 ВТ•Ч ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ С ЛИТРА ОЧИЩАЕМЫХ СТОЧНЫХ ВОД

Исследователи из Университета штата Орегон добились от литра сточных вод биологического загрязнения энергетической отдачи в 2,87 Вт. Цифра может показаться ничтожной, если не знать общее количество таких вод. Которое к тому же уверенно растёт с каждым годом. У проекта OMEGA появился серьёзный конкурент на право утилизации сточных вод. Исследователи из Университета штата Орегон (США) под руководством адъюнкт-профессора Хун Лю добились от литра сточных вод биологического загрязнения энергетической отдачи в 2,87 Вт.

Цифра может показаться ничтожной, если вы не держите в уме общий объём таких вод, уверено растущий с каждым годом. Впрочем, конкуренция может и не сложиться: системы вполне способны дополнять друг друга, ведь орегонскую разработку, в отличие от OMEGA, планируют к сухопутному применению.

2–3% всей электроэнергии, вырабатываемой в США, тратится на аэрацию сточных вод. Сколько процентов (а также химических реагентов) уходит на очистку питьевой воды, увы, неизвестно. Бактериальные топливные элементы (БТЭ), о которых мы не раз писали, не только способны получать энергию от анаэробной обработки сточных вод, но и сами могут стать немаловажным источником электроэнергии. Однако для этого им нужно достичь определённых показателей энергоэффективности, которые оправдали бы материальные затраты на развёртывание таких систем.

Группа Хун Лю почти удвоила лучший результат своих предшественников в области эффективности БТЭ. (Здесь и ниже иллюстрации OSU.)

До сих пор лучшие результаты в этой области ограничивались 1,5 Вт•ч/л, посему об экономической целесообразности массового применения БТЭ никто не заикался. А вот 2,87 Вт•ч/л могут переломить ситуацию. При приложении этой цифры к одному кубическому километру сточных вод получается 2,87 млрд кВт•ч; общий же объём обрабатываемых сточных вод по всему миру оценивается ООН в 300 км³, а ещё 1 200 сейчас вообще никак не очищается в силу дороговизны (речь о странах третьего мира). Таким образом, использование нового источника энергии способно принести в год триллионы кВт•ч, что уже не назовёшь «скромным вкладом» в глобальный энергобаланс.

Учёные из Орегонского университета использовали в своих БТЭ бактерии, обычно являющиеся аэробными и очищающими воду от органических загрязнений в аэрационных системах обработки. Однако в БТЭ их изолировали от кислорода, и электроны, которые вместе с протонами и атомами кислорода составляют воду от этих бактерий, попадают на анод БТЭ, создавая электрический ток.

Необычным побочным продуктом при работе таких БТЭ может стать пластик. Но не простой, а на 100% биодеградирующий. Полигидроксиалканоаты (линейные полиэстеры), вырабатываемые анаэробами в живой природе, в промышленных масштабах требуют ГМ-бактерий, питаемых тростниковым сахаром — продуктом с высокой пищевой ценностью. Как оказалось, некоторые метанотрофы способны вырабатывать пластики этой группы сами и безо всякого сахара, требуя лишь метана, «добываемого» в качестве побочного продукта при работе БТЭ.

Кроме прочего, созданные БТЭ могут использоваться как источник сырья для стопроцентно биоразлагаемого недорогого пластика.

Хотя метан, полученный при переработке отходов, можно использовать для продажи, прежде его нужно очищать от примесей (в отличие от натурального газа), а это сразу сказывается на цене продукта. При этом 3–4 кг такого метана будут стоить не более 60–80 центов, в то время как из того же количества можно сделать килограмм стопроцентно биоразлагаемых полиэстеров, стоящий $4–5. Причём безо всякой предварительной очистки, в которой метанотрофы просто не нуждаются.

Источник: http://compulenta.computerra.ru/

Бактериальные топливные элементы могут обойтись без платиновых катализаторов. Энергетика.

Профессор Цзюнь Хун Чэнь Новый материал для электродов бактериальных топливных элементов, разработанный инженерами из Университета штата Висконсин в Милуоки (США), в двадцать раз дешевле платины и при этом имеет больший ресурс работы. В настоящее время 60% стоимости любой бактериальной топливной батареи — это цена платиновых катализаторов. Новый материал, созданный профессором Цзюнь Хун Чэнем и адъюнкт-профессором Чжэнем Хэ, представляет собой обогащённые азотом наностержни из Fe3C (карбид железа, он же цементит), что позволило максимально нарастить активную поверхность в замкнутом объёме.

При этом, несмотря на использование столь «простых» материалов, как железо и углерод, удалось добиться большей эффективности, чем в графеновых аналогах катализаторов, активно разрабатываемых сейчас как альтернатива дорогим платиновым.
Превзойти удалось даже эталонные результаты самой платины: на протяжении шестимесячного эксперимента эффективность наностержневых катализаторов была выше, чем у контрольных платиновых.
Бактериальный топливный элемент (БТЭ) производит электроэнергию, когда живущие в нём бактерии разлагают органику в канализационных стоках. На аноде БТЭ «работают» (в анаэробных условиях, без кислорода) колонии бактерий, а на катоде (в аэробных условиях) происходит восстановительная реакция с кислородом.
Одновременно с отрывом электронов от субстрата происходит образование протонов водорода, которые проходят через ионоселективную мембрану из анодной камеры в катодную, где и соединяются с кислородом с образованием воды. Катализатор ускоряет эту реакцию, увеличивая эффективность БТЭ и их производительность.
Среди прочего исследователи предполагают, что такой материал может найти применение и в традиционных топливных элементах, значительно снизив их стоимость и до некоторой степени — вес.
Источник: http://wiki.ru/

Бактериальная энергетика

Сколько безумцев пыталось объявить войну нефтяной и газовой промышленности! С одной стороны, понятно, что цивилизация, зависящая от невозобновляемых ресурсов, не может существовать бесконечно долго. Если мы сжигаем за год столько ископаемой биомассы, сколько накапливалось в биосфере за миллион лет, скоро нам придется остановиться. В лучшем случае остановка будет связана с изменением способа получения энергии, в худшем - с коллапсом цивилизации. С другой стороны, подавляющее большинство выпадов в сторону нефтегазовой энергетики до сих пор было чистой воды донкихотством. Например, использование топливного этанола, как показали недавние исследования, загрязняет атмосферу еще больше, чем использование бензина. Не так важно, что при сжигании спирта в атмосферу возвращается углекислота, которая была извлечена из воздуха при выращивании топливных растений. Оценив совокупность затрат на производство топливного спирта (от отчуждения земель до обеспечения техпроцесса), можно убедиться, что такая деятельность лишь усугубляет выбросы углекислоты и не избавляет от нефтяной и газовой "иглы".

Сейчас вызов нефтяной зависимости бросил один из самых экстравагантных ученых и бизнесменов современности. Крейг Вентер - тот самый "частник", который не уступает государственным структурам в работе по расшифровке генома человека (расшифровывая при этом свой собственный геном). Последние усилия Вентера и созданного им института связаны с подготовкой к созданию искусственной жизни. Понятно, что когда такой человек публично дает обещания, к ним следует внимательно прислушиваться.
Итак, Вентер объявил, что через полтора года выведет микроорганизм, который сможет производить топливные углеводороды из углекислого газа, получаемого прямиком из атмосферы. Зачем качать из недр нефть, если топливо можно добывать буквально из воздуха? Бактерии, которые обещает создать Вентер, должны быть эффективными и безопасными. Чтобы не дать им "убежать" из производственных емкостей, в них планируется встроить ген-"предохранитель", вызывающий смерть бактерий в естественной среде.
Но, увы, все не так просто. Бактерии (точнее, архебактерии), синтезирующие углеводороды (прежде всего метан) из углекислоты, известны и используются давно. Загружаем в ферментер органику, перекрываем доступ кислороду. Одни микроорганизмы в ходе брожения выделяют углекислоту и водород, а другие (те самые метаногены) восстанавливают углекислый газ и производят метан. Что мешает интенсифицировать этот процесс?
Для деятельности бактерий, которые могут восстанавливать углекислоту, нужна восстановительная (например, водородная) среда. Даже небольшие количества кислорода непоправимо нарушат желаемый биохимический процесс. А ведь на самом деле, имея водород, можно уже не производить углеводороды, а сразу использовать его в качестве топлива. Так или иначе, на производство восстановителей нужно затратить энергию, которую необходимо сперва откуда-то взять. Вентер планирует какой-то иной способ снабжения бактерий энергией? И если да, то какой? Как ее будут получать - вероятно, не благодаря сжиганию нефти, а как-то иначе? А если эта энергия будет получена, не проще ли накопить ее в аккумуляторах электромобилей, чем тратить на сложный биохимический процесс, который, в силу второго начала термодинамики, пойдет со значительными потерями? А еще энергия нужна не только для восстановления углекислоты, но и для ее концентрации. В окружающей нас атмосфере содержатся доли процента углекислого газа и два десятка процентов кислорода. Как сконцентрировать сырье, убрав из предлагаемой бактериям газовой смеси нежеланный окислитель - кислород? В лабораторных условиях это сделать нетрудно, но затраты энергии на это превышают выгоду, которую можно получить в конечном счете. В общем, пока больше вопросов, нежели вразумительных ответов.
Вызывает сомнение и идея Вентера об использовании "генов самоубийства", которым предписано уничтожать вырвавшиеся на волю бактерии. При скорости размножения, свойственной этим организмам, мутация, дезактивирующая "ген самоубийства", будет найдена в короткие сроки. Кстати, похожие гены, вызывающие апоптоз (самоуничтожение клетки), встроены и в наши геномы. Увы, любая раковая опухоль - победа стремления клеток к неограниченному размножению и расселению над ограничениями встроенных в них генетических регуляторов.
Ну что ж, некоторые проблемы, с которыми столкнется бактериальная энергетика, мы назвали. Остается только позлорадствовать, ожидая крушения планов "Билла Гейтса от биотехнологии", как называют Крейга Вентера? Нет, пожелать ему успеха в реализации планов, от осуществления которых выиграет все человечество. А вдруг, несмотря на трудности, у него, как было уже не раз, все получится?
Источник: http://stra.teg.ru/

"Горячая" линия 8 800 300 4435

Бактериальная энергетика