Ekologiczne paliwo z liścia

Słowo „biopaliwo" zyskało właśnie nowe znaczenie. I nie chodzi tu wcale o dotacje na produkcję oleju rzepakowego i innych substancji dolewanych do benzyny. Naukowcy z Uniwersytetu Harvarda opracowali system, który wprost przekłada energię słoneczną i wodę na płynne paliwo.

Nie jest to wprawdzie benzyna 95 ani nawet diesel, lecz alkohol – izopropanol – już obecnie używany jako dodatek do paliw. Rozważa się też wprowadzenie podobnych związków jako zamiennika benzyny – bez konieczności modyfikacji silników.

Po drodze system produkuje w dodatku wodór, który można wykorzystać do napędzania silników nowej generacji – na przykład Toyoty Mirai, pierwszego seryjnego samochodu z wodorowymi ogniwami paliwowymi.

Pożytki z genetyki

Bioniczny liść – bo tak wynalazcy określają swoje dzieło – produkuje paliwo w dwóch etapach. Pierwszy polega na wykorzystaniu energii słonecznej do produkcji energii elektrycznej. Ta z kolei jest używana do uzyskania wodoru i tlenu z wody.

Do tego miejsca ta technologia jest dość dobrze sprawdzona, tyle że mało efektywna. Samochody na wodór dopiero raczkują – wymagają specjalnych zbiorników na paliwo i przystosowanych do tankowania wodoru stacji. Biolog dr Joseph Torella i chemik Christopher Gagliardi z Harvarda, główni autorzy pomysłu, który zresztą sami opisują w najnowszym wydaniu magazynu „PNAS", uważają wręcz, że wodorowe samochody wcale się nie przyjmą.

Dlatego wprowadzono jeszcze jeden etap. Bakteria Ralstonia eutropha wykorzystuje uzyskany w ten sposób wodór oraz dwutlenek węgla z otoczenia do powielania się i tworzenia kolonii. Po genetycznej modyfikacji bakterie te rozpoczynają produkcję izopropanolu. Substancję tę łatwo zaś przechowywać (w każdym razie łatwiej niż wodór i energię elektryczną) i można ją stosować do silników.

– To dopiero prototyp, którego celem było upewnienie się, że można wyłapać energię słoneczną i przechować ją w postaci ciekłego paliwa – mówi prof. Pamela Silver, jedna z autorek wynalazku. Przyznaje również, że zasadnicza koncepcja bazuje na pokazanym kilka lat temu „syntetycznym liściu", w którym elektroniczny układ naśladował proces fotosyntezy prawdziwych roślin.

Fotosynteza wzorem

Konstruktorem sztucznego liścia jest Dan Nocera (wtedy pracował w Massachusetts Institute of Technology), który również brał udział w przygotowaniu liścia wytwarzającego biopaliwo. Silver i Nocera od prawie dwóch lat współpracują przy idei osobistego źródła energii. Czyli urządzenia pozwalającego produkować energię na potrzeby jednostki, które zastąpiłoby złożone systemy z centralną produkcją (elektrownia lub rafineria) i rozproszoną dystrybucją (np. stacje paliw).

Dlatego naukowcy skonstruowali bioniczny liść z wykorzystaniem tanich i powszechnie dostępnych materiałów. Szczególną uwagę poświęcili katalizatorowi, którego obecność umożliwia przeprowadzenie całej operacji. – Nieorganiczny katalizator jest doskonale przystosowany do współpracy z żyjącymi organizmami, takimi jak bakterie – zapewnia Nocera.

Inżynierowie z Harvarda mogą się też pochwalić zaskakująco wysoką efektywnością swojego systemu. Skuteczność fotosyntezy w zamianie energii na biomasę wynosi – zdaniem naukowców – ok. 1 proc. W przypadku niektórych żywych organizmów może jednak sięgać nawet 6 proc.

– Obecnie wykorzystujemy energię słoneczną w mniej więcej jednym procencie w procesie produkcji izopropanolu – mówi Nocera. – Ewolucja na udoskonalenie fotosyntezy miała 2,6 miliarda lat. Pam i ja pracujemy razem od ponad półtora roku i już osiągnęliśmy wydajność porównywalną z prawdziwą fotosyntezą.