211service.com
Kørende biler på brint lavet af stivelse
Ved at bruge en gryderet af enzymer fra flere organismer har forskere udviklet en måde at omdanne stivelse, tilgængelig fra adskillige kilder, herunder majs og kartofler, til brintgas ved lave temperaturer og tryk. Metoden producerer tre gange mere brint end en ældre enzymatisk metode gør, hvilket tyder på, at det kunne være praktisk at bruge sådanne enzymer til at producere brint til brændselscellekøretøjer.
Mens brændselscellekøretøjer er tiltalende, fordi de ikke udsender forurenende stoffer, har det været en udfordring at finde rene og overkommelige måder at producere, transportere og opbevare brint for at brænde dem på. Oftest udvindes brint fra fossile brændstoffer. At lave brint ved at elektrolysere vand er energikrævende og kan være dyrt. Det nye system forbedrer andre eksperimentelle metoder til at skabe brint fra biomasse ved at bruge lave temperaturer, hvilket gør det potentielt mere bekvemt og energieffektivt.
Forskerne – fra Virginia Tech , i Blacksburg, VA; Oak Ridge National Laboratory ; og University of Georgia, i Athen – kombinerede 13 kommercielt tilgængelige enzymer isoleret fra gær, bakterier, spinat og kaninmuskler. Arbejdet er tilgængelig online i PLoS ONE , et tidsskrift udgivet af Offentligt Videnskabsbibliotek . Brinten kommer fra to kilder: stivelsen og det vand, der bruges til at oxidere stivelsen. Enzymerne letter kemiske reaktioner, hvor vandet og stivelsen fuldstændigt kan omdannes til brint og kuldioxid, siger Y. Percival Zhang , professor i biologiske systemer ved Virginia Tech. (Den frigivne kuldioxid opvejes af kuldioxiden, der fanges af planter, der leverer stivelsen.)
Det nye system producerer et højere udbytte af brint end tidligere eksperimentelle systemer, der brugte enzymer til at omdanne sukker til brint. Men selvom udbyttet af brint er højt, er hastighederne, hvormed gassen produceres indtil videre, ekstremt lave. Det skyldes til dels, at forskerne brugte hyldeenzymer og ikke har optimeret systemet, siger Zhang. Forskernes næste projekt vil omfatte en detaljeret analyse af hvert trin i processen for at finde de hastighedsbegrænsende trin.
For eksempel kan et af enzymerne producere et biprodukt, der bremser senere trin, siger Michael Adams , professor i biokemi og molekylærbiologi ved University of Georgia. Forskerne ville så lede efter andre enzymer eller modificere nuværende for at minimere biproduktet. De vil også lede efter enzymer, der kan fungere ved højere temperaturer. Hvis du øger temperaturen med 10 grader, kan du de fleste gange øge reaktionshastigheden to gange, siger Zhang.
En af de første anvendelser af systemet, siger Zhang, kunne være at generere brint til brændselsceller i bærbar elektronik. Stivelsen kunne være en mere sikker måde at lagre energi på end at bruge methanol, en nuværende førende mulighed for sådanne små brændselscellesystemer. Han vurderer, at det vil tage omkring seks til otte år at forbedre taksterne nok til sådanne ansøgninger. Til sidst håber han at bruge sin proces til at løse et af de største aktuelle problemer med brintbrændselscellekøretøjer: montering nok brint om bord til at konkurrere med benzindrevne køretøjer.
Men nogle embedsmænd fra Department of Energy (DOE) tvivler på, at hele systemet vil være let nok til brug ombord. Sunita Satyapal , lederen af brintlagerteamet hos DOE, bemærker, at forskernes estimater ikke inkluderer vægten af vandet eller det andet udstyr, der er nødvendigt for at producere brinten. Disse ting kan mere end fordoble vægten af systemet, siger hun, selvom vand produceret af brændselscellen genbruges. Systemet vil sandsynligvis være for tungt til at give køretøjet en køreafstand, der er konkurrencedygtig med benzinmotorer, foreslår Satyapal.
Hun bemærker også, at brintproduktionshastigheden nu er størrelsesordener lavere, end den skulle være til brug i køretøjer, og det vil være meget vanskeligt, hvis ikke umuligt, at forbedre hastigheden tilstrækkeligt.
Men selvom det nye system ikke er nyttigt som en måde at producere brint på i en bil, kan det i sidste ende vise sig nyttigt til at producere brint på tankstationer. En af udfordringerne ved brintproduktion er omkostningerne ved at komprimere og transportere brint fra centrale steder. Produktion på stedet ved hjælp af enzymer på tankstationer eller endda i folks hjem kan omgå disse problemer. I sådanne applikationer kan brintproduktionshastigheden være lavere, end den er ombord på et køretøj, da brinten kan produceres døgnet rundt i relativt store tanke.
Alligevel er nogle skeptiske over for det grundlæggende koncept med at bruge stivelse til at skabe brændstof. At lave mad om til brint er ikke sådan en god idé, siger John Deutch , en kemiprofessor ved MIT. Faktisk øger efterspørgslen efter majs til fremstilling af ethanol allerede fødevarepriserne. Brug af majsstivelse til at lave brint kan forværre problemet.
Men Zhang bemærker, at anvendelse af stivelse til at fremstille brint ville være en meget bedre udnyttelse af den tilgængelige majs end at omdanne den til ethanol: brændselsceller kan være tre gange mere effektive end ethanolbrændende forbrændingsmotorer. Ikke desto mindre ser han stivelse som en midlertidig løsning. Zhang er også ved at udvikle en version af processen, der starter med cellulose, der primært findes i nonfood-dele af planter.