Несмотря на повальный отказ от двигателей внутреннего сгорания на транспорте, человечество вряд ли сможет когда-либо полностью отказаться от нефти. Потому что далеко не все ископаемые углеводороды уходят на топливо, значительная их часть — сырье для химической промышленности, производства пластиков, смазки и медицинских изделий. Так что ученые давно ищут способы создания экологичной «нефти» — например, с помощью бактерий.
Кишечная палочка под электронным микроскопом / ©Janice Haney Carr, CDC
На этом поприще значительного успеха достигла международная команда химиков и генетиков под руководством Мишель Чан (Michelle C. Y. Chang). В нее вошли специалисты из университетов трех стран: американских — Калифорнийского в Беркли, Миннесотского, Нью-Йоркского в Буффало, китайского — Уханьского, а также Научно-исследовательского института химической технологии Южной Кореи (KRICT). Статья с результатами их работы опубликована в журнале Nature Chemistry.
Все живые организмы производят огромное количество соединений, состоящих в основном из углерода и водорода, — это основа биологии. Проблема в том, что эти молекулы содержат еще много кислорода (поэтому называются углеводами), а также дополнительных элементов, зачастую и определяющих их роль в метаболизме. Однако химической промышленности нужны более простые углеводороды, а для этого углеводы необходимо лишить «примесей» в процессе различных преобразований, которые требуют значительных затрат энергии.
Чтобы обойти эту проблему, ученые обратились к известным энзимам, позволяющим бактериям синтезировать чистые углеводороды или их прекурсоры. Подходящие белки нашлись у микроба Treponema denticola, вызывающего пародонтит у людей. Ответственные за их выработку гены внедрили в один из самых популярных модельных организмов — кишечную палочку. Модифицированные бактерии смогли без значительного ущерба для основного метаболизма переработать около 8% глюкозы в две жирные кислоты — 3-гидроксиоктановую и 3-гидроксидекановую (мирмикацин).
Эти молекулы, в свою очередь, сравнительно легко преобразуются в гептен и нонен, соответственно — ациклические непредельные углеводороды (алкены), которые могут служить полноценной заменой нефти в промышленности. Фактически из них во время хорошо отработанных и эффективных химических процессов уже легко получаются почти все необходимые длинноцепочечные и короткоцепочечные углеводороды. А далее — хоть пластики делать, хоть смазки, хоть топливо для различных двигателей внутреннего сгорания.
Да, переработка всего 8% массы глюкозы в эрзац-нефть — еще далеко от промышленной эффективности. Однако исследователи пока не стремились создать полноценный техпроцесс: они проверяли работоспособность концепции. Поэтому в подопытные бактерии внедрили всего пять генов и сделали это так, чтобы не нарушать уже существующие обменные процессы в микроорганизмах. То есть углеводороды появлялись в качестве побочного продукта метаболизма микробов. В следующих экспериментах ученые планируют разработать более сложные модификации кишечной палочки, позволяющие полноценно «перенастроить» ее на выработку «бионефти».
Более того, технология помогает буквально запрограммировать бактерии на создание молекул с необходимой длиной цепочки атомов углерода в ней. Делается это просто, быстро и может открыть огромные перспективы в химической промышленности.
Авторы научной работы делают осторожное предположение, что не за горами разработка совершенно новых видов пластика на основе менее длинных полимеров, произведенных в бактериальных реакторах. Такие материалы должны быть проще в переработке и утилизации, а значит, экологичнее.
Комментарии
Долго думал над смыслом высказывания: 🤔
"человечество вряд ли сможет когда-либо полностью отказаться от нефти"...
Ну а когда она просто кончится от слова "совсем"..? 😳
Ага, нефть так же "кончится", как закончилась бронза в бронзовом веке или камни с костями в каменном веке.
Касаясь этого, автор лишь напомнил о будущем падении значения искомаемой нефти (да и таких же угля с газом) в жизни человечества и о том, что нет смысла совсем отказываться о неё.
И это будущее наступает прямо сейчас, благодаря продолжающемуся НТП в энергетике и на транспорте.
Просто напомню, что рост добычи нефти никак не снизил добычу угля, его сейчас выкапывается во много раз больше, чем пятьдесят и сто лет назад
В недоразвитых странах это так, а вот в технологически и социально-экономически продвинутых странах добыча и использование угля снижаются. Уголь -- это печально человекоемкий источник энергии. Например, в Китае с 1949 года при его добыче погибло примерно 250 000 человек (почти по 10 человек в сутки)...
В РФ только на Листвяжной недавно погибли 52 горняка... Конкурентоспособность угля в сравнении с нефтью держится на огромном числе устаревших угольных теплоэлектростанций и чудовищной эксплуатации горняков в некоторых ведущих угледобывающих странах: "удельный показатель смертельного травматизма в прошлом году [в РФ] составил 0,14 человека на миллион тонн сырья. Выше показатели в Китае (0,25) и на Украине (1,194) [похоже, это вместе с шахтами Донбасса, захваченными "трактористами"], ниже - в ЮАР (0,035), Австралии (0,03) и США (0,011)" (Росс. газета).
Представляете, даже рост добычи и потребления чего-либо далеко не всегда означает повышения (или хотя бы сохранения) роли этого самого "чего-либо". Например, никогда ещё человечество не жгло за год столько древесины и растительных отходов, как на современном этапе, но кто скажет, что значение этого топлива в мировой экономике не рухнуло за последние пару веков? Или продолжающий увеличиваться "выхлоп" атомных электростанций в виде электричества, тем не менее, тоже имеет давнюю тенденцию к сокращению своей доли в общей выработке электроэнергии в мире, ибо другие её источники растут быстрее.
Разумеется, я не говорю, что в 20 веке увеличение добычи угля и нефти сопровождалось падением их роли, однако в последние лет 8-10 именно это происходит при остающимся (правда, снижающимся) росте их потребления (даже в Китае в последние годы). А что говорить о дальнейшем?
Или вы один из тех баранов, кто воображает, что батюшка-уголь (или газ) и матушка-нефть — это потолок научно-технического прогресса и теперь странам-потребителям "до скончания веков" будет выгоднее покупать и возить топливо за многие тысячи км, оставаясь в зависимости от прихотей каких-то шейхов и плешивых диктаторов, вместо того чтобы довести до ума (читай, рентабельности) запасание энергией Солнца и ветра, оснащение зданий тепловыми насосами, использование электротранспорта и т. д., поэтому нашей, "охраняемой самим Господом" России можно и дальше продолжать "забивать болт" на тенденции остального мира, как до сих пор этим пытаются заниматься наши власти во главе с сами знаете кем?