Микроводоросли

Пт, 08/01/2014 - 17:37

Топливо

И тут все много радужнее, чем может показаться необорудованному глазу. Перспектив топливного производства ровно три, и все очень хороши собою:

Спирт. Чистый, незамутненный ликероводочными магнатами, этанол. И для медицины пригож, и для автомобиля. Сгорая, оставляет только то, из чего получился, а именно углекислый газ и воду.

Биодизель. Немного сложнее спирта, так как состоит сплошь из жирных кислот. Как и многие прочие углеводороды, горит хорошо, теплом делится щедро; будучи аэрозолем, взрывается. Производство невозможно без переэстерификации, потому без спирта и тут нет жизни.
На биодизеле стоит остановиться детальнее. Так как гипотетическая цена будущего за баррель (160 л) сырой нефти составляет 150-200 американских долларов (на момент написания совсем не гипотетическая — 88), а цена одного галлона (которых в барреле аж целых 42) биодизеля из водорослей — порядка 6.50-8 долларов, то получается как-то не совсем выгодно.

В первом приближении. Вот потому-то и возникла необходимость поиска удешевления производства биодизеля из водорослей.
Выходы, как обычно, достаточно предсказуемы. Поскольку количество биодизеля напрямую зависит от количества липидов (и прочих предшественников), то решено было изыскать способы их увеличения, а также механизмы по улучшению плодородности самих водорослей.
Но это не предел, Clorella protothecoides при гетеротрофном культивировании может дать до 55% от сухой массы против 14% аутотрофного.
Достоверно было установлено, что антенны хлорофилла (Light-harvesting antennae complex — LHC) крайне чувствительны к свету, потому часто «перегорают», убивая клетку, минимизация или усечение их ведет к существенному увеличению эффективности фотосинтеза и общей продуктивности водоросли. Мутация по одному из генов в C. reinhardtii, отвечающих за размер антенны (TLA1), как раз и приводит к столь важному усечению размеров.
H2. Он же два атома водорода. Беспрецедентно качественно окисляется кислородом с последующим образованием воды. В смеси 2:1 с кислородом образуется «гремучий газ». Одной вспышки достаточно для уравнения:

2H2 + O2 → 2H2O + 484 кДж

Великолепный «Гинденбург» пал именно благодаря этому, с позволения сказать, газу. В промышленных масштабах добыча Н2 весьма ресурсоемка, так как основной путь — электролиз, а электролиз — это дорого и напрягает и без того напряженную атомную энергетику. Именно поэтому автомобили на водородном топливе — роскошь и в наше нестабильное время все-таки лицемерие, так как ни о какой защите природы говорить не приходится. Пожалуй, атомная энергетика и безопасна, но тепловое загрязнение — тоже загрязнение, а без него — никуда. Закон сохранения и превращения энергии, как-никак.

Вся прелесть водорослей раскрывается в том, что они способны напрямую выделять водород. Более того, метаболитические пути известны и продолжают активно исследоваться. Без углубления в молекулярно-биологические дебри скажем, что мутант по гену stm6 хорошо изученной C. reinhardtii дышит глубже, трансфер электронов по электрон-транспортной цепи первой фотосистемы происходит бодрее, и, как следствие, водоросль производит много больше водорода. При одновременной повышенной экспрессии Hexose/H+ symporter (HUP1) водорода выделяется еще больше, что позитивно.

Прочая неучтенная мелочь, вроде возможности производства бензина из гидрокарбонатов и терпеноидов.

Возможность генно-инженерного вмешательства

Велика и уникальна. Вмешательство, то есть, внедрение чужеродной ДНК, производится самыми разнообразными и по-современному адекватными методами, сопоставимыми с таковыми для высших растений: электропорацией, атакой микрочастицами золота (или смесью со стеклянными шариками), укрытыми ДНК, и хорошая трансформация все той же Agrobacterium.

Модификации производятся в основном по двум направлениям, в зависимости от поставленной задачи: ядерного генома для метаболического контроля и модификация хлоропластов для суперпродукции белка.

К тому же ни в коем случае нельзя брезговать подобранными условиями культивирования, так как и в природе существуют соответствующие триггеры, переключающие метаболизм водоросли в ту или иную сторону. Например, азотное голодание Haemotococcus pluvialis (и не только ее) приводит, помимо интенсификации синтеза липидов, к накоплению пигмента-антиоксиданта астаксантина, о дорогом котором уже был сказ.

Проблематика

Увы. Водоросли перспективны, но не выгодны. Во всяком случае, в секторе топлива. И вот почему.
Если вообразить себе идеальные условия (сродни таковым в теоритической физике), то максимальное PCE (photoconversion efficiency, грубо говоря, эффективность перевода солнечной энергии в энергию молекулярных связей) водорослей составит порядка 9%, против 4.6% у C3-растений и 6.0% — у C4. Реальные же числа едва приближаются к одному проценту, и это считается хорошей результативностью. Для повышения желаемой процентности модифицируются как сами водоросли, так и биореакторы. К остальным приземленным проблемам относят:

Земля стоит денег. Хотя водоросли по природе своей неприхотливы, но все же некоторую площадь занимают.
Высокая вероятность контаминации чужеродными организмами. Особенно это касается открытых систем. Как следствие — снижение продуктивности и гарантированный вылет в финансовую трубу.

Дополнительные энергозатраты. Иначе никак. Перемешивание биомассы для эффективного поглощения ею солнечного света и перераспределения питательных веществ и метаболитов, нагнетание углекислого газа, и даже банальный перенос биомассы из биореакторов для переработки — все это является неочевидными, но ощутимыми затратами.

Цена СО2. Как это ни странно и ни удивительно, но СО2, летающий вокруг человека и в больших дозах натурально его убивающий, тоже не бесплатный. Добыча углекислого газа и сжатие его в аккуратные баллоны требует вполне ощутимых затрат, о которых не понаслышке знают производители лимонадов и газированной минеральной воды.

Перевозка, переработка, хранение и т.д.

Потому над самыми эффективными биореакторами (как открытыми, так и закрытыми) работают умные инженеры, пытающиеся снизить дополнительные энергозатраты за счет неисчерпаемых сил природы, и патенты на них нынче сыплются, как из рога изобилия. Каждый хочет приложиться к прекрасному и перспективному. В настоящее время активно расцветают биореакторы, в которых однообразное, но необходимое перемешивание биомассы производится за счет силы ветра.
К тому же производство этих самых реакторов, состоящих отнюдь не из воздуха, влетает в деньгу.

Вывод

Будущее человека свинцовым грузом ложится на плечи биолога и перманентной головной болью вгрызается в существо многоликих инженеров. Возможности использования неприметных обывателю микроводорослей колоссальны, но не менее колоссальны и преграды на пути к этому использованию. Но творческая мысль человека бежит впереди него самого, спотыкается, встает и снова бежит. Потому есть надежда, что в обозримом для юности нашей современности будущем конструктивные решения будут найдены — и водоросль мощным промышленным потоком войдет в энергетическую жизнь человека. Мир глобально омолодится зеленым цветом, а стандартные ядерные ВВР на многих немощных АЭС уступят место чистому электричеству термоядерной энергетики. Нефтяные магнаты похудеют, нефтяные государства станут миролюбивее, а чернорабочий люд перестанет умирать за нефть и переключится на что-то более насущное — и станет умирать за будущее своих потомков. Жить станет лучше, жить станет веселее, а человеческие шеи станут толще и короче.

Другие материалы рубрики


  • ...Моллюски, извлеченные со дна моря во время экспедиции к побережью США, подверглись, разумеется, самому пристальному исследованию. Их препарировали, затем из тканей раковины и мантии ученые выделили углерод, связав его в углекислый газ, и проанализировали с помощью масспектрометра. Высокое содержание изотопа углерода С12 позволило сделать вывод о том, что моллюски действительно питались за счет жидкостей, омывающих газогидратные месторождения.
    А вот найти этих самых моллюсков оказалось непросто: многочисленные пробы грунта со дна моря в тех местах, где — исходя из геофизических соображений — предполагались месторождения газогидратов, долгое время не давали положительного результата. Почему?

    • Страницы
    • 1
    • 2


  • Вопрос смесевых технологий при производстве бензинов давно уже интересует технологов, экологов, энергетиков, автомобилистов и просто любителей всяческих новшеств и современных технологий. Несмотря на множество позитивных моментов, так же как и на наличие определенных недостатков, однозначности в выводах пока еще не присутствует, что оставляет обширные пространства для размышлений и убеждений, похвалы и критики.

    • Страницы
    • 1
    • 2


  • Люди быстро привыкают ко всему хорошему, что появляется в их жизни: автомобиль, телевизор, видеомагнитофон, компьютер с интернетом, мобильный телефон... Те, кому только что исполнилось 10-12 лет, не представляют себе, как можно жить без всего этого? А разве можно жить без воды? Ведь и о кислороде мы не думаем, пока нам легко дышится. А стоит лишиться его, как мы готовы отдать все, что у нас есть, за глоток чистого, свежего воздуха. Задумались? Вот теперь мы и поговорим о ВОДЕ.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4


  • ...За последние полвека количество агрессинов (продукты жизнедеятельности, в основном продукты промышленного производства) возросло до невероятного количества и приняло абсурдный характер (на одного немца еще 15 лет назад приходилось около 10 тысяч вещей по данным статистики ФРГ). Да и сами продукты промышленного производства становятся все более не приемлемыми для планеты Земля. Большинство произведенных товаров являются ядами для окружающей среды. Особую роль в патологии играют города. Они (в настоящем виде) являются новообразованиями на теле планеты Земля (так же, как бородавки, папиломы и т.п. на коже человека). В последнее время эти новообразования перерождаются в злокачественные (по типу раковых опухолей). Количество городских бытовых отходов умопомрачительное. Световое загрязнение настолько значительно, что в населенных пунктах невозможно увидеть звездное небо. Шумовое загрязнение катастрофическое – 100% детей Киева к 10-ти годам подвержены той или иной патологии. Куда дальше?!

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4

  • Первая категория воды – это доочищенная и искусственно минерализованная вода со скважин и городского водопровода. Результаты мониторинга качества природных поверхностных вод в местах водозабора свидетельствуют о том, что содержание вредных химических веществ в большинстве случаев превышает предельно допустимые концентрации (ПДК). Кроме того, ежегодно в мире появляются тысячи новых химических препаратов, содержание которых нормативной документацией не регламентируется. Поэтому, в воде из-под крана содержится около 2000 химических соединений, среди которых остатки лекарственных препаратов, гормонов, косметических средств, сельскохозяйственных удобрений, хлорорганических соединений. Даже в отфильтрованном виде такая вода будет содержать вредные для человека вещества.
    Высшая категория – это вода с артезианских и родниковых скважин, которая в отличие от первой категории отвечает более жёстким требованиям по ряду химических, органолептических и микробиологических показателей. Содержание токсических веществ в ней значительно ниже: хлороформ – меньше в 55 раз, свинец - в 2 раза, нефтепродукты - в 7 раз, нитриты – в 95 раз, нитраты - в 4 раза.



  • Сегодня мы все озабочены экологией. Однако журнал «Нива» еще в 1902 г. писал о том, как эта проблема решается в Германии. Там мусор сжигали в специальных печах и перерабатывали в ценное сырье, идущее в дело. Сообщалось, что в «мусорной печи жар достигает 2000 градусов, так что все, что туда попадает, превращается в жидкую массу. Эта масса представляет собой мягкий, густой стекловидный шлак, которому придается любая форма и который применяется для различных целей. Этот пережженный мусор идет на стеклянные заводы, употребляется для кладки фундамента, облицовки стен, также из него делают вывески и т.д.» — то есть еще и приносит доход!



  • Компания Керхер появилась на рынке ещё в 1935 году, но на тот момент её создатель Альфред Керхер решил выпускать под своим именем приборы и системы отопления.
    В 1950 году компания перешла к производству приборов, важных в повседневности. Это металлические печи-буржуйки, небольшие железные плитки на две комфорки и приборы сельскохозяйственного назначения.
    В дальнейшем, создав рынок аппаратов высокого давления, компания расширила производство, и на сегодняшний день предлагает на рынке пылесосы для влажной и сухой уборки, оконные пылесосы, полотёры, пароочистители, насосы для дома и орошения сада, автомобильные мойки, а также приборы для подготовки воды к использованию.



  • Здоровье человека – это самое дорогое, что у него есть. Хорошо бы чаще попадать в такие места, как Кисловодск, Пятигорск или Ессентуки. Эти места известны во всем мире, как водные курорты. И подлечиться «на воды» приезжали и приезжают со всех сторон света. Ежегодные поездки на курорт не всем доступны, но вот позаботится о том, чтобы не пить воду из-под крана, могут все.
    Цветы, которые поливают очищенной водой, престают цвести, а аквариумные рыбки буквально через 20 минут после того, как их поместили в емкость с такой водой, были обездвижены, а потом и вовсе всплыли кверху брюшком. Так что же мы покупаем, стараясь не употреблять воду, обогащенную хлором?



  • Мы все заслуженно гордились достижениями советской космонавтики. СССР часто был первым в космосе. Первый ИСЗ. Первый полет человека в космос. Первые полеты в конце 1950-х гг. советских ракет к Луне.
    В 60-70-е гг. XX в. в Советском Союзе выполнены пионерские исследования Луны (вспомним знаменитые «Луноходы»), атмосферы и поверхности Венеры, включая мягкую посадку на эту отнюдь не гостеприимную планету. Только в Советском Союзе регулярно запускались орбитальные станции. Пожалуй, лишь одну битву СССР проиграл США — битву за Луну. Ее покорили американские астронавты.
    В течение полувека космонавтика прошла трудный, но славный путь. С помощью космических аппаратов земляне изучали все планеты Солнечной системы, их спутники, астероиды и кометы. Космические аппараты «Pioneer-10», «Voyager 1» и «Voyager 2» с посланиями землян стартовали около 30 лет тому назад. За это время они удалились от нашей планеты на расстояние, в несколько раз превышающее радиус Солнечной системы. И что удивительно — радиосвязь с посланниками человечества продолжается и поныне.
    Сегодня ни одна развитая страна мира не может обойтись без мобильной связи, телевидения, радиосвязи, средств наблюдения за опасными участками земной поверхности, космической навигации, космической разведки и т.п. И все это заслуги ИСЗ и космонавтики.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4


  • ...В научном плане, связь между ростом концентрации углекислого газа в атмосфере и глобальным потеплением никак не доказана. Целый ряд видных ученых утверждает, что основной причиной потепления являются периодические колебания температуры Мирового океана. В его поверхностном слое растворено углекислого газа в 57-60 раз больше, чем в атмосфере. Если температура океана хотя бы немного поднимается, то в атмосферу, в процессе испарения воды, высвобождаются гигантские запасы углекислого газа. Суммарные объемы выделения и поглощения океаном углекислого газа в 5 раз превосходят его промышленные выбросы. Возможно, что потепление также связано с ослаблением магнитного поля Земли или повышением светимости стареющего Солнца.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3