211service.com
Provoz aut na vodík vyrobený ze škrobu
Pomocí dušených enzymů získaných z několika organismů výzkumníci vyvinuli způsob, jak přeměnit škrob dostupný z mnoha zdrojů, včetně kukuřice a brambor, na plynný vodík při nízkých teplotách a tlacích. Tato metoda produkuje třikrát více vodíku než starší enzymatická metoda, což naznačuje, že by mohlo být praktické použít takové enzymy k výrobě vodíku pro vozidla s palivovými články.
Zatímco vozidla s palivovými články jsou přitažlivá, protože nevypouštějí žádné znečišťující látky, bylo těžké najít čisté a cenově dostupné způsoby výroby, přepravy a skladování vodíku jako paliva. Nejčastěji se vodík získává z fosilních paliv. Výroba vodíku elektrolýzou vody je energeticky náročná a může být drahá. Nový systém vylepšuje jiné experimentální metody výroby vodíku z biomasy pomocí nízkých teplot, což je potenciálně pohodlnější a energeticky účinnější.
Výzkumníci – od Virginia Tech , v Blacksburg, VA; Národní laboratoř Oak Ridge ; a University of Georgia v Aténách – kombinovaly 13 komerčně dostupných enzymů izolovaných z kvasinek, bakterií, špenátu a králičích svalů. Práce je dostupný online v PLoS ONE , časopis vydávaný společností Veřejná vědecká knihovna . Vodík pochází ze dvou zdrojů: škrobu a vody používané k oxidaci škrobu. Enzymy usnadňují chemické reakce, ve kterých mohou být voda a škrob zcela přeměněny na vodík a oxid uhličitý, říká Y. Percival Zhang , profesor biologických systémů na Virginia Tech. (Uvolňovaný oxid uhličitý je kompenzován oxidem uhličitým zachyceným rostlinami, které poskytují škrob.)
Nový systém produkuje vyšší výtěžek vodíku než předchozí experimentální systémy, které používaly enzymy pro přeměnu cukrů na vodík. Ale zatímco výtěžek vodíku je vysoký, zatím jsou rychlosti, při kterých se plyn vyrábí, extrémně nízké. Je to částečně proto, že výzkumníci použili běžně dostupné enzymy a neoptimalizovali systém, říká Zhang. Další projekt vědců bude zahrnovat podrobnou analýzu každé fáze procesu, aby se našly kroky omezující rychlost.
Například jeden z enzymů může produkovat vedlejší produkt, který zpomaluje pozdější kroky, říká Michael Adams , profesor biochemie a molekulární biologie na University of Georgia. Výzkumníci by pak hledali další enzymy nebo modifikovali ty současné, aby minimalizovali vedlejší produkt. Budou také hledat enzymy, které mohou fungovat při vyšších teplotách. Pokud zvýšíte teplotu o 10 stupňů, většinou můžete zvýšit rychlost reakce dvojnásobně, říká Zhang.
Jednou z prvních aplikací systému, říká Zhang, by mohla být výroba vodíku pro palivové články v přenosné elektronice. Škrob by mohl být bezpečnějším způsobem skladování energie než používání metanolu, což je současná vedoucí možnost pro takové malé systémy palivových článků. Odhaduje, že bude trvat asi šest až osm let, než se sazby pro takové aplikace dostatečně zlepší. Nakonec doufá, že svůj proces využije k vyřešení jednoho z největších současných problémů s vozidly s vodíkovými palivovými články: namontovat na palubu dostatek vodíku, aby mohl konkurovat vozidlům s benzínovým pohonem.
Někteří představitelé ministerstva energetiky (DOE) však pochybují, že celý systém bude dostatečně lehký pro použití na palubě. Sunita Satyapal , vedoucí týmu pro skladování vodíku v DOE, poznamenává, že odhady výzkumníků nezahrnují hmotnost vody nebo dalšího vybavení potřebného k výrobě vodíku. Tyto věci by mohly více než zdvojnásobit hmotnost systému, říká, i když je voda produkovaná palivovým článkem recyklována. Systém bude pravděpodobně příliš těžký na to, aby poskytl vozidlu dojezd konkurující benzínovým motorům, navrhuje Satyapal.
Poznamenává také, že rychlost výroby vodíku je nyní řádově nižší, než by bylo potřeba pro použití ve vozidlech, a bude velmi obtížné, ne-li nemožné, dostatečně zvýšit rychlost.
Ale i když nový systém není užitečný jako způsob výroby vodíku v autě, nakonec by se mohl ukázat jako užitečný pro výrobu vodíku na čerpacích stanicích. Jednou z výzev při výrobě vodíku jsou náklady na kompresi a přepravu vodíku z centrálních míst. Výroba na místě pomocí enzymů na čerpacích stanicích nebo dokonce v domácnostech lidí by mohla tyto problémy obejít. V takových aplikacích může být rychlost produkce vodíku nižší než na palubě vozidla, protože vodík lze vyrábět nepřetržitě v relativně velkých nádržích.
Přesto jsou někteří skeptičtí k základní koncepci používání škrobu k výrobě paliva. Předělat jídlo na vodík není tak skvělý nápad, říká John Deutch , profesor chemie na MIT. Poptávka po kukuřici na výrobu etanolu již skutečně zvyšuje ceny potravin. Použití kukuřičného škrobu k výrobě vodíku by mohlo problém ještě zhoršit.
Zhang však poznamenává, že použití škrobu k výrobě vodíku by bylo mnohem lepším využitím dostupné kukuřice než její přeměna na etanol: palivové články mohou být třikrát účinnější než spalovací motory spalující etanol. Přesto vidí škrob jako dočasné řešení. Zhang také vyvíjí verzi procesu, který začíná celulózou, která se nachází především v nepotravinářských částech rostlin.