Rośliny tworzą energię ze światła – jest to elegancka sztuczka, którą chcielibyśmy zaprząc do własnego użytku. Dokładniej, rośliny potrafią zamieniać światło słoneczne, dwutlenek węgla i wodę w cukry, które są cząsteczkami zawierającymi mnóstwo energii. Cukry można zamienić w etanol, który można używać jako paliwa. To jest zasada biopaliw. Korzyścią tego procesu jest to, że jest węglowo neutralny. Kiedy spalasz biopaliwo, zwracasz do atmosfery CO2, który został z niej uprzednio usunięty przy wytwarzaniu biopaliwa. Nie uwalniasz uprzednio uwięzionego CO2 do obiegu węgla.
Problem z biopaliwami polega na tym, że proces jest niewydajny. Ogólnie proces ma około 1% wydajności w kategoriach tego, ile światła słonecznego, które pada na pole roślin użytych na biopaliwo, kończy jako użyteczne paliwo. Sama fotosynteza ma zaledwie 3-6% wydajności.
Choć w przyszłości może być jakaś nisza dla biopaliw, wątpię, by uczyniły jakąś wielką różnicę dla zaspokojenia naszych potrzeb energetycznych. Ostatecznym problemem jest użycie ziemi. Już właściwie używamy całej dostępnej ziemi do uprawiania żywności, a rosnąca populacja stawia temu jeszcze większe wymagania. Po prostu nie mamy ziemi, by poświęcić ją na hodowanie roślin specjalnie na biopaliwa. Możemy używać odpadów i roślin niejadalnych, ale to prawdopodobnie nie wystarczy, by w jakimś istotnym stopniu przyczynić się do naszej infrastruktury energetycznej.
Jeśli jakiś rodzaj biopaliw ma mieć sens, musimy podnieść jego wydajność. Niektórzy naukowcy uważają, że rośliny nie będą rozwiązaniem. Są po prostu zbyt mało wydajne w ujarzmianiu energii światła. Jeśli chcemy mieć samoreplikujące się organizmy, które potrafią z wysoką wydajnością zamienić atmosferyczny CO2 i światło słoneczne w biopaliwo, musimy zwrócić się do bakterii. Niedawne badanie pokazuje, że ta opcja może być realna.
Pewne bakterie przetwarzają metale toksyczne przez wydalanie ich jako kryształy. Dr Kelsey Sakimoto z Harvardu, który brał udział w tym badaniu wyjaśnia:
“Jest to zdumiewająco proste, użyliśmy naturalnej zdolności tej bakterii, na którą nikt nigdy nie patrzył pod tym kątem. Hodujemy je i dodajemy małą ilość kadmu, a one naturalnie produkują kryształy siarczku kadmu, które zbierają się na zewnątrz ich ciał”.
Kryształy siarczku kadmu pozwalają bakteriom użyć światła słonecznego i produkować kwas octowy (ocet – CH3COOH). Dobrą wiadomością jest to, że ten proces, jak twierdzą, ma 80% wydajności. To jest znacznie więcej niż fotosynteza u roślin. Po prostu hodujesz kadź bakterii, dodajesz trochę kadmu, wystawiasz to na światło, a one z wysoką wydajnością produkują kwas octowy.
Następne pytanie brzmi – co robi się z kwasem octowym? Mamy węgiel z CO2 w cząsteczce o wyższej energii, a to jest trudna część, wymagająca wkładu energii. Ale nie możesz wlać kwasu octowego do baku. Możesz jednak wytworzyć butanol z kwasu octowego, a butanol można spalać jak benzynę (nawet w zwykłych samochodach bez modyfikacji).
Ten proces oferuje interesujące możliwości, szczególnie dlatego, że nie wymaga dużo miejsca, tylko kadzie z bakteriami, a wydajność, jak mówią, jest wysoka. Oczywiście jednak trzeba jeszcze będzie zobaczyć czy realny, całkowity proces doprowadzający do użytecznego paliwa, może być stosowany na skalę przemysłową i jaka będzie całościowa wydajność masowej produkcji. Ta konkretna droga może ostatecznie nie zostać użyta.
Pokazuje to jednak, że jest wiele ciekawych badań na tej arenie z kuszącymi wynikami. Podobnie jak z innymi technologiami produkcji i składowania energii, ten proces będzie musiał mieć szereg korzystnych cech równocześnie, by był użyteczny. Ten ma przynajmniej kilka – tani i dostępny wkład i rozsądną wydajność. Nadal jednak są niewiadome, jak czego potrzeba do produkcji na wielką skalę.
Oczywiście, aby jakiekolwiek biopaliwo lub każdy inny proces wytwarzania energii miał znaczący wpływ na naszą całkowitą infrastrukturę energetyczną, musi być możliwe produkowanie energii na olbrzymią skalę. Skłonienie roślin, drożdży lub bakterii, by robiły interesujące rzeczy w laboratorium, jest początkiem, ale jeśli ten proces nie ma sensu na wielką skalę, może prowadzić do nikąd.
Nadal uważam, że biopaliwa mają małą szansę w tym wyścigu. Wątpię, by mogły osiągnąć cokolwiek poważniejszego niż małą niszę w produkcji energii. Dobrze jednak, że trwają badania. Żywe organizmy mają olbrzymi potencjał, jeśli potrafimy zestawić łańcuch produkcyjny w produkt finalny, który działa również na wielką skalę.
Bacterial Solar Cells
22 sierpnia 2017
Tłumaczenie: Małgorzata Koraszewska
Steven Novella
Neurolog, wykładowca na Yale University School of Medicine. Przewodniczący i współzałożyciel New England Skeptical Society. Twórca popularnych (cotygodniowych) podkastów o nauce The Skeptics’ Guide to the Universe. Jest również dyrektorem Science-Based Medicine będącej częścią James Randi Educational Foundation (JREF), członek Committee for Skeptical Inquiry (CSI) oraz członek założyciel Institute for Science in Medicine.
Prowadzi blog Neurologica.
