Descoperirea care va revoluţiona planeta: o nouă metodă prin care energia regenerabilă poate fi obţinută ieftin şi nepoluant

„Acest nou proces ar putea ajuta la reducerea dependenţei noastre de combustibilii fosili”, a comentat Y.H. Percival Zhang, profesor de ingineria biosistemelor în cadrul Virginia Tech. „Hidrogenul este unul dintre cei mai importanţi biocombustibili ai viitorului”, a mai spus profesorul.

Zhang a reuşit alături de echipa sa de cercetători să folosească xiloză, cea mai abundentă monozaharidă, pentru a produce o cantitate mare de hidrogen. Până acum, acest lucru era posibil doar în teorie, nu şi în practică. Metoda concepută de Zhang poate fi folosită indiferent de sursa de biomasă.

Descoperirea a fost relatată în jurnalul ştiinţific Angewandte Chemie, International Edition.

Această nouă metodă prietenoasă cu mediul prin care se produce hidrogen foloseşte resurse naturale regenerabile, eliberează foarte puţine gaze cu efect de seră în atmosferă şi nu necesită metale costisitoare sau grele. Celelalte metode de producere a hidrogenului sunt costisitoare şi produc gaze cu efect de seră.

Departamentul de Energie al SUA afirmă că combustibilul din hidrogen are potenţialul de a reduce în mod dramatic dependenţa de combustibili fosili. Din acest motiv, companiile producătoare de automobile lucrează la conceperea unor vehicule ce funcţionează pe baza unor celule de combustibil pe bază de hidrogen. Spre deosebire de motoarele alimentate cu benzină, ce poluează, singurul produs secundar al motoarelor cu hidrogen este apa. Descoperirea făcută de Zhang deschide calea către o sursă ieftină şi regenerabilă de hidrogen.

Jonathan R. Mielenz, coordonator al diviziei de bioştiinţe şi tehnologii din cadrul Oak Ridge National Laboratory, afirmă că descoperirea lui Zhang are potenţialul de a avea un impact major asupra producerii de energie alternativă.

„Elementul cheie al acestei reuşite este faptul că Zhang foloseşte al doilea zahăr ca răspândire din plante pentru a produce hidrogenul. Acest lucru oferă un beneficiu suplimentar producţiei de hidrogen şi reduce costul total asociat producerii de hidrogen din biomasă”, spune Mielenz.

Mielenz afirmă că procesul lui Zhang ar putea ajunge pe piaţă chiar şi în trei ani, dacă tehnologia este disponibilă. Zhang afirmă că, în momentul când va fi lansată pe piaţă, această tehnologie are potenţialul de a produce un impact enorm.

„Potenţialul de profit şi totodată beneficiile pentru mediu reprezintă motivele pentru care atâtea companii producătoare de automobile lucrează la celulele de combustibil cu hidrogen. Mulţi oameni cred că vom intra în era «economiei hidrogenului» cât de curând, iar această piaţă va valora doar în SUA un miliard de dolari”, spune Zhang.

Principalele obstacole în calea producţiei comerciale de gaz de hidrogen din biomasă includeau costul ridicat al proceselor folosite şi cantitatea scăzută de hidrogen rezultat.

Zhang crede că a reuşit să depăşească aceste probleme.

Echipa sa de cercetători s-a concentrat în ultimii şapte ani asupra identificării unor metode non-tradiţionale prin care să producă cantităţi mari de hidrogen cu un cost scăzut. Cercetătorii au studiat mai ales combinaţiile de enzime, descoperind de-a lungul timpului enzime noi şi concepând enzime cu proprietăţi utile.

Cercetătorii obţin hidrogenul de calitate înaltă la 50 de grade Celsius şi la presiune atmosferică normală. Biocatalizatorii folosiţi pentru a elibera hidrogenul sunt un grup de enzime izolate artificial de la mai multe microorganisme care trăiesc la temperaturi extreme, dintre care unele care trăiesc aproape de punctul de fierbere al apei.

Cercetătorii au ales xiloza, ce reprezintă chiar şi 30% din pereţii celulari ai plantelor. Deşi este o substanţă abundentă, xiloza a fost foarte rar folosită în eforturile de obţinere a hidrogenului. Microorganismele folosite de majoritatea cercetătorilor în experimentele lor nu pot produce hidrogen în cantităţi mari, deoarece aceste microorganisme cresc şi se reproduc în loc să separe moleculele de apă pentru a produce hidrogen pur.

Pentru a elibera hidrogenul, oamenii de ştiinţă de la Virginia Tech au separat un număr de enzime din microorganismele din care se găseau pentru a crea un „cocktail” personalizat de enzime ce nu se regăseşte în natură. Atunci când aceste enzime erau combinate cu xiloza şi cu polifosfat ele produceau un volum fără precedent de hidrogen, generând de trei ori mai mult hidrogen decât alte microorganisme specializate în producerea de hidrogen.

Energia stocată în xiloză separă moleculele de apă şi generează hidrogen cu un nivel mare de puritate ce poate fi utilizat direct de celulele de combustibil de hidrogen cu membrană schimbatoare de protoni. Şi mai atrăgător este faptul că această reacţie are loc la temperaturi scăzute, generând energie din hidrogen mai mare decât energia stocată în xiloză şi în polifosfat, astfel că eficienţa energetică este mai mare de 100%. 

În acest moment, piaţa hidrogenului sub formă de gaz valorează aproximativ 100 de miliarde de dolari, hidrogenul fiind produs din gaz natural, o metodă costisitoare şi poluantă. Hidrogenul este folosit pentru a produce amoniac pentru îngrăşăminte şi pentru a rafina substanţele petrochimice. 

„Nu are rost să folosim resurse naturale non-regenerabile pentru a produce hidrogen. Cred că această descoperire va produce o revoluţie în lumea energiei alternative”, a concluzionat Zhang.

Sursa: Virginia Tech