Биотопливо. Превращаем древесину в сахар?

«Новый метод получения высокоэффективного и довольно легко получаемого биотоплива из древесины, травы или растений в скором времени может стать реальностью» — такое заявление сделали ученые Института имени Макса Планка в Германии.

«Используя данный метод, есть возможность начать весь процесс прямо с древесины, минуя промежуточные звенья. Вот почему данный метод столь эффективен: прямая переработка древесины в сахар» — говорит Ферди Схерт, ведущий научный сотрудник Института имени Макса Планка

Предлагаемая новая технология может открыть в хорошем смысле удивительную шкатулку: практически неиссякаемой источник энергии, что заключена в растениях и древесине. Найти такой источник – давняя мечта человечества.

В поисках сладкого?

Исследователи в Германии задумали следующее: они ищут новый эффективный метод расщепления целлюлозы, содержащейся в растениях, в молекулы сахара, которые могут стать сырьём для производства этанола (спирт). А на спирту и машины ездят, и механизмы работают.

В основе метода лежит использование ионной жидкости для первичного расщепления целлюлозы в более короткую молекулярную цепь глюкозы. Затем твердые кислоты смолы уже в свою очередь расщепляют эти короткие цепочки в отельные молекулы сахара, кои и могут быть использованы в качестве биотоплива. Новая методика будет способствовать получению биотполива (сахаров) в изобилии из несъедобных субстанций.

«Даже очень жесткая микрокристаллическая целлюлоза может быть расщеплена на молекулы сахара с помощью такого подхода» — говорит ведущий исследователь института имени Макса Планка в городе Мюльхайм-на-Руре господин Ферди Схерт.

Молекулы сахара, полученные в конце процесса, могут быть использованы различными способами. Например, они могут быть сбражены для производства этанола. Дело в том, что растения, древесина, солома могут быть использованы для производства биоэтанола и биодизеля, и новый метод не конкурирует с обработкой кукурузы и других продовольственных культур для получения биотоплива.

Как быстро разложить целлюлозу

Однако перед исследователями стояла трудная задача: как разрушить устойчивые молекулярные звенья, которые сцепляют молекулы сахара с целлюлозными в древесине и растениях. Казалась, это архисложно и поэтому использовать эти субстанции для получения биотоплива не представляется возможным.

В условиях обычной комнатной температуры и без добавления в процесс специальных микроорганизмов для разложения той же целлюлозы требуется миллионы лет. Сила молекулярного сцепления целлюлозы также определяет тот факт, что человеческий пищеварительный тракт не способен переваривать древесину или жесткую растительную клетчатку. В животном мире, пожалуй, только у коров вырабатываются бактерии в пищеварительной системе, которые способны разрушать устойчивые цепочки молекул целлюлозы и сахара и превращать траву в пропитание и дальнейшую энергию.

Ономеры

В настоящее время стандартный метод превращения целлюлозы в сахар подразумевает использование кислотных ванн, высоких температур и высокого давления. Все это требует огромных энергетических затрат. Метод работает с целлюлозой для химической обработки в ионной жидкости таким образом, что длинные молекулярные цепочки разбиваются на более короткие фрагменты, которые получили название олигомеры. Олигомер — молекула, состоящая из небольшого числа ономеров.

«Данные ионные ванны по сути есть органические соли, которые остаются в жидком состоянии при комнатных температурах и они еще вдобавок способны отдавать положительные Н+ протоны. Этот шаг позволяет превратить длинные молекулярные цепи глюкозы удобными для дальнейших химических воздействий» — говорит Ферди Схерт.

При добавлении воды короткие цепи молекул целлюлозы отфильтровываются от ионного растворителя, и он может быть повторно использован в качестве катализатора. Для расщепления молекулярных цепей глюкозы, которые были отделены от ионного растворителя в отдельные молекулы сахара, необходим еще один, дополнительный этап. Речь идет о процедуре обработки энзимами. Сам процесс превращения целлюлозы в более короткие цепи молекул называется деполимеризацией.

Себестоимость

Метод выглядит очень заманчивым, однако, пока Ферди Схерт полагает, что поставить на промышленный поток его не совсем экономически выгодно. Дело в том, что ионные растворители — весьма дорогая субстанция, а значит, себестоимость всего проекта получения биотоплива из древесины слишком высока.

Новый метод проходит дальнейшие испытания, в то время как ученые Германии прилагают все большие усилия найти инновационные пути выработки биоэнергетических ресурсов, чтобы ответить на все возрастающее беспокойство среди экологов и экономистов по поводу достоинств использования пищевых сельскохозяйственных культур и плодородных земель для получения биотоплива. При мощном масштабировании процесса перевода плодородных земель под выращивание сырья для биотоплива вместо сельскохозяйственных культур будет наносится определенный урон окружающей среде, да и цены на продовольствие поползут вверх. Новый метод, как и всякий другой, как мы видим, имеет и свои недостатки.

Ученые ищут. Сейчас проводятся и другие параллельные исследования с целью обеспечить прорыв в технологии превращения древесины в газовую или иные формы энергии. А как насчет использования биомассы для систем охлаждения? И в этом направлении проводятся изыскания. Также ученые пробуют формировать специальные брикеты из отходов древесины, чтобы сжигать их в печах для получения тепловой энергии.

Дело в том, что цены на газ и нефть растут стремительно и найти способы массового использования древесины для получения энергии – все это кажется весьма и весьма привлекательным.

Возьмем конкретный пример: чтобы произвести эквивалент 1000 КВТ тепловой энергии требуется примерно 35 ЕВРО или 44$ если использовать древесные топливные гранулы, в то время как если использовать природный газ или нефть, то цена уже будет от 75 до 85 евро (95-107$). Разница в два раза – весьма существенное преимущество альтернативного биотоплива!

Экзотичные предложения

Поступают также довольно экзотические и весьма спорные предложения по поиску массового источника биомассы. В частности, речь идет о пресловутой конопле. Шелуха и листья конопли могут стать неплохим источником биомассы. Зерна конопли пойдут для получения масла, а шелуха и листва для получения целлюлозы. Все это дает двойную отдачу при выращивании конопли в целях биоэнергетики. Из конопли можно получать этанол (спирт).

Преимущество конопли как сырья в том, что она легко растет, неприхотлива, но есть одно БОЛЬШОЕ «НО…» Встает вопрос о законности данных массовых посевов конопли. Подобные плантации явно привлекут не только бизнесменов от биоэнергетики, но и аддиктивных граждан, перекупщиков зелья, драгдиллеров, для которых конопля является или станет источником либо наркотического забытья, либо незаконного обогащения. Сразу же придется решать вопрос о серьезной охране подобных возможных плантаций.

В ожидании бума

Сейчас регулярно проводятся конференции по биомассе, целью которых является поиск инновационных технологий и новых подходов, которые бы способствовали выработке реальной энергии из биомасс различных видов. Одна из таких конференций – четырнадцатая — была проведена в Австрии, в городе Grieskirchen.

«Конгресс по биомассе может рассматриваться в качестве калейдоскопа, обширного обзора всей биомассы, которая может быть превращена в энергию» — говорит Эрнст Шейбер, возглавляющий Австрийскую Ассоциацию по Биомассам. Эта организация и стала организатором и хозяйкой конференции.

Если говорить о масштабах и цифрах то, например, более 100 000 человек заняты в сфере биоэнергетики в Германии и весь оборот этого сектора растёт с каждым годом примерно на 30% и достиг суммы в 13 миллиардов евро. Настанет время, и ученые найдут-таки способы извлечения практически бесконечной энергии из биомасс.

Вот тогда и начнется новая эра. Эра настоящего бума биоэнергетики.

Михаил Берсенев, по материалам зарубежных сайтов, 22/03/14 г. Москва