211service.com
Prowadzenie samochodów na wodór wyprodukowany ze skrobi
Korzystając z gulaszu z enzymów zebranych z kilku organizmów, naukowcy opracowali sposób na przekształcenie skrobi, dostępnej z wielu źródeł, w tym kukurydzy i ziemniaków, w gazowy wodór w niskich temperaturach i ciśnieniu. Metoda ta wytwarza trzy razy więcej wodoru niż starsza metoda enzymatyczna, co sugeruje, że praktyczne może być wykorzystanie takich enzymów do produkcji wodoru do pojazdów z ogniwami paliwowymi.
Chociaż pojazdy na ogniwa paliwowe są atrakcyjne, ponieważ nie emitują żadnych zanieczyszczeń, wyzwaniem było znalezienie czystych i niedrogich sposobów produkcji, transportu i przechowywania wodoru do ich napędzania. Najczęściej wodór pozyskiwany jest z paliw kopalnych. Wytwarzanie wodoru przez elektrolizę wody jest energochłonne i może być kosztowne. Nowy system usprawnia inne eksperymentalne metody wytwarzania wodoru z biomasy przy użyciu niskich temperatur, dzięki czemu jest potencjalnie wygodniejszy i bardziej energooszczędny.
Badacze – z Virginia Tech , w Blacksburgu, Wirginia; Narodowe Laboratorium Oak Ridge ; oraz University of Georgia w Atenach połączyły 13 dostępnych na rynku enzymów wyizolowanych z drożdży, bakterii, szpinaku i mięśni królika. Praca jest dostępny online w PLoS ONE , czasopismo wydawane przez Publiczna Biblioteka Nauki . Wodór pochodzi z dwóch źródeł: skrobi i wody używanej do utleniania skrobi. Enzymy ułatwiają reakcje chemiczne, w których woda i skrobia mogą zostać całkowicie przekształcone w wodór i dwutlenek węgla, mówi Y. Percival Zhang , profesor systemów biologicznych w Virginia Tech. (Uwolniony dwutlenek węgla jest równoważony przez dwutlenek węgla wychwycony przez rośliny, które dostarczają skrobi).
Nowy system zapewnia wyższą wydajność wodoru niż poprzednie systemy eksperymentalne, w których stosowano enzymy do przekształcania cukrów w wodór. Ale chociaż wydajność wodoru jest wysoka, jak dotąd szybkości wytwarzania gazu są niezwykle niskie. Dzieje się tak po części dlatego, że naukowcy użyli gotowych enzymów i nie zoptymalizowali systemu, mówi Zhang. Następny projekt naukowców będzie obejmował szczegółową analizę każdego etapu procesu, aby znaleźć kroki ograniczające szybkość.
Na przykład jeden z enzymów może wytwarzać produkt uboczny, który spowalnia późniejsze etapy, mówi Michael Adams , profesor biochemii i biologii molekularnej na University of Georgia. Następnie naukowcy szukaliby innych enzymów lub modyfikowali obecne, aby zminimalizować produkt uboczny. Będą również szukać enzymów, które mogą działać w wyższych temperaturach. Jeśli zwiększysz temperaturę o 10 stopni, w większości przypadków możesz zwiększyć szybkość reakcji dwukrotnie, mówi Zhang.
Zhang mówi, że jednym z pierwszych zastosowań systemu może być wytwarzanie wodoru do ogniw paliwowych w przenośnej elektronice. Skrobia może być bezpieczniejszym sposobem przechowywania energii niż używanie metanolu, obecnie wiodącej opcji w tak małych systemach ogniw paliwowych. Szacuje, że poprawa wskaźników wystarczających dla takich wniosków zajmie około sześciu do ośmiu lat. Ma nadzieję, że w końcu wykorzysta swój proces do rozwiązania jednego z największych bieżących problemów pojazdów napędzanych wodorowymi ogniwami paliwowymi: zamontowania na pokładzie wystarczającej ilości wodoru, aby konkurować z pojazdami napędzanymi benzyną.
Jednak niektórzy urzędnicy Departamentu Energii (DOE) wątpią, czy cały system będzie wystarczająco lekki do użytku na pokładzie. Sunita Satyapal , lider zespołu ds. magazynowania wodoru w DOE, zauważa, że szacunki naukowców nie uwzględniają wagi wody ani innego sprzętu potrzebnego do produkcji wodoru. Mówi, że te rzeczy mogą więcej niż podwoić ciężar systemu, nawet jeśli woda produkowana przez ogniwo paliwowe zostanie poddana recyklingowi. System będzie prawdopodobnie zbyt ciężki, aby zapewnić pojazdowi zasięg konkurencyjny w stosunku do silników benzynowych, sugeruje Satyapal.
Zauważa również, że tempo produkcji wodoru jest teraz o kilka rzędów wielkości niższe niż w przypadku pojazdów, a dostateczna poprawa tego tempa będzie bardzo trudna, jeśli nie niemożliwa.
Ale nawet jeśli nowy system nie jest użyteczny jako sposób produkcji wodoru w samochodzie, w końcu może okazać się przydatny do produkcji wodoru na stacjach paliw. Jednym z wyzwań związanych z produkcją wodoru jest koszt kompresji i transportu wodoru z centralnych lokalizacji. Produkcja na miejscu przy użyciu enzymów na stacjach benzynowych, a nawet w domach, może obejść te problemy. W takich zastosowaniach tempo produkcji wodoru może być niższe niż na pokładzie pojazdu, ponieważ wodór może być produkowany przez całą dobę w stosunkowo dużych zbiornikach.
Mimo to niektórzy są sceptyczni co do podstawowej koncepcji wykorzystania skrobi do wytwarzania paliwa. Przetwarzanie żywności na wodór nie jest świetnym pomysłem, mówi John Deutch , profesor chemii na MIT. Rzeczywiście, popyt na kukurydzę do produkcji etanolu już podnosi ceny żywności. Używanie skrobi kukurydzianej do wytwarzania wodoru może zaostrzyć problem.
Zhang zauważa jednak, że wykorzystanie skrobi do produkcji wodoru byłoby znacznie lepszym wykorzystaniem dostępnej kukurydzy niż przekształcanie jej w etanol: ogniwa paliwowe mogą być trzy razy wydajniejsze niż silniki spalinowe spalające etanol. Niemniej jednak uważa skrobię za rozwiązanie tymczasowe. Zhang opracowuje również wersję procesu, która zaczyna się od celulozy, znajdującej się głównie w niespożywczych częściach roślin.