Технология создания авиационного топлива из углекислого газа, воды и солнечного света

Хотя электрическая авиация показывает многообещающие результаты в том, что касается полетов на близкие расстояния, аккумуляторы по-прежнему не обеспечивают достаточно энергии для более длительных полетов. Одним из новых способов создания устойчивого авиационного топлива может быть производство углеводородов фотосинтезирующими микроорганизмами на солнечной энергии.

Новое исследование показывает, что в поисках неископаемого топлива для самолетов изопрен может стать частью будущего решения. Изопрен может производиться сине-зелеными водорослями из солнечного света, воды и обычного углекислого газа. Продуктивность цианобактерий увеличивается, если они подвергаются воздействию фиолетового света или более высоких температур, а изопрен идеально подходит для фотохимической переработки в авиационное топливо.

Таковы результаты двух отдельных исследований химического факультета Упсальского университета (Швеция), которые в настоящее время публикуются в журналах Photochemical & Photobiological Sciences и Bioresource Technology.

Две исследовательские группы Упсальского университета под руководством Хенрика Оттоссона и Пиа Линдберг соответственно изучили комбинированный фотобиолого-фотохимический метод производства синтетического устойчивого авиационного топлива. В своих исследованиях они использовали генетически модифицированные фотосинтетические микроорганизмы, цианобактерии, которые были генетически модифицированы для включения нового фермента из эвкалиптового дерева. Этот фермент позволяет цианобактериям производить углеводород изопрен, используя солнечную энергию и углекислый газ из воздуха.

В предыдущем исследовании, опубликованном в ноябре 2022 года, те же исследователи сообщили, что изопрен из цианобактерий может быть фотохимически димеризован в более крупные углеводороды, которые после гидрогенизации очень похожи на существующие авиационные топлива. Этот метод имеет большое потенциальное удобство использования, поскольку он использует солнечный свет в качестве источника энергии для обоих процессов. Однако возникает вопрос, является ли сам изопрен лучшим исходным материалом для фотохимической реакции.

Чтобы выяснить, является ли изопрен или какой-либо другой углеводород наиболее подходящим для производства экологичного авиационного топлива, исследовательская группа Хенрика Оттоссона изучила расширенный набор малых углеводородов, некоторые из которых могут быть получены с помощью биотехнологических средств. Результаты исследования показывают, что молекулярная структура углеводорода влияет на эффективность, с которой он вступает в фотохимическую реакцию.

Хотя изопрен явно может производиться цианобактериями, общий выход все еще очень низок. Поэтому исследовательская группа Пиа Линдберг в сотрудничестве с Исследовательским институтом глобальных изменений в Брно (Чехия) и другими организациями провела исследование условий выращивания, которые могут повлиять на продуктивность. Исследование показало, что как фиолетовый свет, так и более высокие температуры могут увеличить продуктивность цианобактерий. Другое открытие состоит в том, что изопрен повышает термостойкость цианобактерий, позволяя им выживать при более высоких температурах, чем обычно, что может быть преимуществом для крупных масштабируемых производств с использованием солнечного света

Результаты фотобиологических и фотохимических процессов улучшают перспективы замены ископаемого топлива в авиации. Технология потребует дальнейшего развития, чтобы к 2040 году можно было реализовать конечную цель создания промышленного процесса.