Эффективный способ питания автомобиля на топливных элементах, отличающийся высокой плотностью упаковки энергии, низкой стоимостью и абсолютной безопасностью, нашли Ихэн Персиваль Чжан (Yiheng Percival Zhang) из политехнического института Вирджинии (Virginia Tech), а также его соавторы из американской национальной лаборатории в Окридже (Oak Ridge National Laboratory) и университета Джорджии (University of Georgia).
Исследователи обратились к питанию автомобилей на основе растительного сырья. Однако пошли весьма неожиданным путём - придумали способ заправки машин крахмалом. После ряда опытов они подобрали уникальную комбинацию из 13 ферментов, которые полностью превращают воду и крахмал в водород и углекислый газ.
Если отбросить промежуточные этапы с участием биологических катализаторов, общая стехиометрическая реакция будет выглядеть так: C6H10O5 + 7 H2O (жидкость) = 12 H2 + 6 CO2 (газ).
Процесс этот самоподдерживающийся и реакция идёт только в одну сторону, сообщают авторы исследования. Причём они подчёркивают, что выход водорода очень велик - намного выше, чем теоретический предел для анаэробного брожения (4 молекулы водорода с одной молекулы глюкозы).
Собственно водород, содержащийся в крахмале и воде, извлекается весь. Также важно, что реакция идёт при температуре всего в 30 градусов по Цельсию, и при атмосферном давлении.
Найденную цепочку каталитических реакций учёные называют искусственной, поскольку данные 13 ферментов вместе в природе нигде не встречаются. Подробно все цепочки и балансы энергии расписаны в статье авторов новой технологии, вышедшей в PLoS ONE.
Исследователи рассчитали, что бак, объёмом 45 литров, вмещал бы примерно 27 килограммов крахмала, который при добавлении воды и ферментов выдавал бы 4 килограмма водорода. Что при использовании топливных элементов для выработки электричества (для электромоторов) давало бы пробег порядка 500 километров.
Авторы особо подчёркивают, что новый метод очень эффективен во всех отношениях. Затраты на заправку были бы эквивалентны примерно $2 на килограмм получаемого водорода. К тому же, получается высокая плотность упаковки энергии в крахмальном баке.
Далее учёные пишут, что если 30% расходуемого топлива на автотранспорте можно заменить этанолом из растительного сырья, сжигаемым в ДВС вместо бензина (это цель, к которой стремится министерство энергетики США - DOE), то с заправкой крахмалом того же самого количества биомассы хватило бы на питание уже всего автопарка. Поскольку КПД топливных элементов втрое выше, чем КПД ДВС, и эффективность использования энергии углеводов при новом методе - высокая.
Ещё изобретатели сообщают, что вместо твёрдого крахмала (порошка) в качестве исходного носителя при данном методе можно использовать сироп из полисахаридов.
Кстати, на днях другая научная группа обнародовала ещё один способ питания авто на топливных элементах - водой и шариками из специального сплава. В нашем материале вы найдёте его подробное описание, а также - ссылки на предыдущие работы в той же области.
