Команда исследователей из Virginia Tech обнаружили способ извлечения больших количеств водорода из любого растения, прорыв, который имеет потенциал, чтобы стать недорогим, экологически чистым источником топлива в мире.
"Наш новый процесс мог бы помочь положить конец нашей зависимости от ископаемых видов топлива", сказал Персиваль Чжан, доцент биологических систем инженерии в колледже сельского хозяйства и естественных наук и инженерного колледжа. " Водород является одним из наиболее важных биотоплива из будущего ".
Чжан и его команда преуспела в использовании ксилозы, наиболее распространенных простых сахарных растениях, чтобы произвести большое количество водорода, что ранее было достижимо лишь в теории. Метод Чжан может быть выполнена с использованием любых источников биомассы. Это открытие является выбором редактора в онлайн-версии журнала химии Angewandte Chemie International Edition . Этот новый экологически чистый метод получения водорода использует только возобновляемые природные ресурсы, не выпуская парниковых газов , и не требует дорогостоящей или тяжелых металлов. Предыдущие методы для получения водорода являются дорогими и создают парниковые газы.
Департамент США Энергии считает, что водородное топливо имеет потенциал, чтобы резко уменьшить зависимость от ископаемых видов топлива и автомобильных производств, которые агрессивно пытаются разработать автомобилей, работающих на водородных топливных элементах. В отличие от газовых двигателей, что выбрасывают загрязняющие вещества, единственным побочным продуктом водородного топлива является вода. Открытие Чжан открывает дверь к недорогим, возобновляемым источником водорода.
Джонатан Р. Миленц, руководитель группы биологических наук и технологий биологических наук разделение на Oak Ridge National Laboratory, кто знаком с работой Чжана, но не связаны с этим проектом, сказал, что это открытие имеет потенциал, чтобы оказать существенное влияние на альтернативных источников энергии. "Ключ к этой захватывающей развития является то, что Чжан используя второй наиболее распространенной сахара в заводы по производству этого водорода", сказал он. "Это составляет значительную дополнительную выгоду для производства водорода и снижает общую стоимость производства водорода из биомассы". Миленц сказал Чжан процесс мог найти свой путь на рынок так быстро, как три года, если технология доступна. Чжан сказал, когда она стала коммерчески доступной, она имеет возможность сделать огромное влияние.
"Потенциал для получения прибыли и экологические выгоды огромны, потому что очень много автомобилей будет работать на водороде, и энергетических компаний на водородных топливных элементах транспортных средств, перевозки будущем", сказал Чжан. "Многие люди считают, мы войдем в водородной экономике в ближайшее время, с рыночной мощностью не менее 1 триллиона долларов в одних только Соединенных Штатах". Препятствия для промышленного производства водорода из биомассы, ранее включенных высокая стоимость используемых процессов и относительно малое количество конечного продукта. Но Чжан считает, что он нашел ответы на эти проблемы. В течение семи лет, команда Чжана были сосредоточены на поиске нетрадиционных способов получения высокой доходности водорода при низких затратах, в частности, исследование ферментов комбинации, открывая новые ферменты и инженерных ферментов с заданными свойствами.
Команда выделяет водород высокой чистоты в мягких условиях реакции при 122 градус по Фаренгейту и нормальном атмосферном давлении. Биокатализаторов использовали, чтобы освободить водорода представляют собой группу ферментов, искусственно изолирована от различных микроорганизмов, которые процветают при экстремальных температурах, некоторые из которых могут вырасти на уровне около точки кипения воды. Исследователи решили использовать ксилозы, которая включает в себя целых 30 процентов клеточных стенок растений.
Несмотря на изобилие, использование ксилозы для освобождения водорода была ограничена. Физических или инженерных микроорганизмов, которые большинство ученых используют в своих экспериментах не может производить водород с высоким выходом, потому что эти микроорганизмы растут и размножаются, а расщепление молекул воды для получения чистого водорода. Чтобы освободить водород, ученые выделили ряд ферментов из родных микроорганизмов для создания собственного коктейля ферментов, которые не встречаются в природе.
Ферменты, в сочетании с ксилозы и полифосфатов, освобождают беспрецедентно высокий объем водорода из ксилозы, в результате чего производство примерно в 3 раза больше водорода, чем в существующих методах. Энергия, запасенная в ксилозы расщепляет молекулы воды, выделяется высокочистый водород, который может быть непосредственно использован протон-обменных мембран клеток топлива. Еще более привлекательной, эта реакция происходит при низких температурах, создавая водородную энергетику, которая больше химической энергии, запасенной в ксилозы и полифосфатов. Это приводит к энергетической эффективности более чем 100 процентов, чистая прибыль энергии. Это означает, что низкотемпературное тепло может быть использовано для производства высококачественной химической энергии водорода. Другие процессы, которые преобразуют сахар в биотопливо, такие как этанол и бутанол всегда имеют эффективность использования энергии менее чем на 100 процентов.
В своих предыдущих исследованиях, Чжан использовал ферменты для производства водорода из крахмала, но реакция требует источника питания, что делает процесс слишком дорого для массового производства. Коммерческий рынок для водорода составляет уже около $ 100 млрд. для водорода, полученного из природного газа, который является дорогим в производстве и генерирует большое количество диоксида углерода парниковых газов. Промышленность чаще всего используется водород для производства аммиака, удобрений и уточнить нефтехимии, но недорогой, обильный зеленый источник водорода может быстро меняться этом рынке.
|
