Ральф Фюкс - Зеленая революция

В Массачусетском технологическом институте группа исследователей под руководством Дэниэла Ночеры создала искусственный лист, который обладает способностью расщеплять воду на водород и кислород. Лист размером с игральную карту состоит из кремния; катализатором для ускорения фотохимического процесса служит фосфат кобальта. Расход электричества при электролизе очень невелик. Если нанести катализатор на оборотную сторону обычной солнечной батареи и поместить плоский модуль в сосуд с водой, то дополнительный источник электричества для выделения водорода не нужен. В дальнейшем Ночера намерен создать такую автономную систему, при помощи которой энергию, необходимую в домохозяйстве, можно было бы получать самостоятельно из солнечного света и нескольких литров воды. Эта технология представляет интерес прежде всего для сельской местности, где еще не все дома подключены к федеральной системе электроснабжения. До коммерческого использования открытия Ночеры пока далеко, но то же самое можно было сказать и о первых фотогальванических установках.

Бременская стартап-компания Sunfire разработала метод производства синтетического топлива из углекислого газа и воды. При помощи электролиза воду расщепляют на кислород и водород. Водород вступает в реакцию с CO 2и в несколько этапов преобразуется в бензин, дизель, керосин или метан. Углекислый газ поступает из воздуха через фильтр. При высокотемпературном паровом электролизе КПД процесса достигает 70 %. Эта часть использованной электроэнергии как тепловой эквивалент аккумулируется в топливе. Именно поэтому данный метод наиболее подходит для хранения избыточной ветровой и солнечной энергии. В 2010 г. была введена в строй первая опытная лабораторная установка, а уже к 2016 г. планируется ввести в строй первые допромышленные образцы. Особый интерес этот метод представляет для самолетостроения и грузового автомобильного транспорта, где из-за невысокой энергоемкости электробатарей невозможно использовать электромоторы [184] См. веб-сайт компании: http://www.sunfire.de. .

Американский физик Фриман Дайсон, известный своим нестандартным мышлением, видит ключ к развитию сельских регионов во всем мире в сочетании солнечной энергии, фотосинтеза и Интернета: солнечная энергия дает необходимое электричество, фотосинтез поставляет энергию для транспорта, Интернет призван покончить с изоляцией деревенских общин, открыв им доступ к информации и рынкам [185] См. Freeman J. Dyson, «Die Sonne, das Genom und das Internet. Wissenschaftliche Innovation und die Technologien der Zukunft», Frankfurt am Main 2000. .

Второе главное направление исследований в области фотосинтеза касается способности природных организмов преобразовывать солнечный свет и углекислый газ в углеродные соединения. Выращенные в биореакторах водоросли и бактерии способны впитывать углекислый газ и создавать из него вещества, из которых можно синтезировать биодизель и этанол. Один пример: «Перспективный метод, при помощи которого из углекислого газа… можно производить бутанол, разработали ученые Калифорнийского университета. Джеймс Льяо и его коллеги культивировали генно-модифицированный вариант бактерии ralstonia eutropha, насыщая воду углекислым газом. При подаче электричества из обычной солнечной батареи углекислый газ вступает в реакцию с водой, образуя муравьиную кислоту. Микробы поглощают муравьиную кислоту, преобразовывая ее в бутанол. Для синтеза биотоплива можно использовать алкоголь, имеющий относительно высокую энергетическую плотность. Правда, процесс еще недостаточно эффективен, но движется в нужном направлении, поскольку в будущем таким способом можно будет аккумулировать солнечное электричество в углеводородах» [186] Сообщение отдела науки во Frankfurter Allgemeine Zeitung от 18 апреля 2012 г. . Подобные методы уже можно применять в промышленных масштабах. Лидируют в производстве топлива при помощи биологических организмов американские военные. И дело вовсе не в заботе о климате, скорее их интересует возможность достижения независимости от импорта нефти и сокращения длинных транспортных цепочек. Уже прошли первые пробные полеты на биокеросине [187] Charisius, «Das grüne Wunder». .

Третье направление — оптимизация протекающего в растениях фотосинтеза с целью стимуляции их роста и повышения урожайности. Оптимизация природы означает в данном случае более эффективное использование солнечной энергии для производства питательных веществ, поскольку количество солнечной энергии, впитываемой растениями и преобразуемой в углеродные соединения, в значительной степени определяет скорость роста и размеры листьев, корней, плодов и семян. Как правило, зеленые растения используют от силы 3 % поступающего солнечного света. Скорость фотосинтеза зависит от вида растений. Например, у кукурузы, пшена, сахарного тростника, китайского камыша есть специальный клеточный аппарат для преобразования солнечного света в водород и создания сахаристых веществ при участии CO 2, благодаря чему в этих растениях фотосинтез протекает намного быстрее, чем, скажем, в рисе, у которого подобный механизм не развит, хотя и заложен генетически. Если при помощи целенаправленных генетических модификаций его удастся запустить, урожайность риса можно будет значительно повысить. Над этим работает филиппинский международный исследовательский консорциум, координируемый Международным институтом исследования риса (International Rice Research Institute, IRRI) [188] В общественном Международном институте исследования риса хранится крупнейший в мире банк генетического материала риса, насчитывающий 110 000 сортов со всего мира. Институт на урегулированных договорами условиях бесплатно предоставляет семена ученым и фермерам. Разъяснения см. на сайте института: http://irri.org/index.php?option=com_k2&view=item&id=11 579&Itemid=100 028&lang=en. . Финансирует проект Фонд Билла и Мелинды Гейтсов. С немецкой стороны в этом объединении участвует Институт эволюционной и молекулярной биологии растений при Университете Дюссельдорфа. Развитие у риса механизма высокоэффективного фотосинтеза (фотосинтез-С4) не только повысит его урожайность примерно на 50 %, но и позволит существенно понизить потребление воды в процессе выращивания.

Нельзя забывать, что рис служит основой питания примерно половины населения Земли. В настоящее время 1 га рисового поля в Азии кормит около 27 человек. К 2050 г. риса с 1 га предположительно должно хватать на 43 человека. Потребность в земле и воде растет вместе с населением. Рис относится к злакам, требующим интенсивного орошения. Около 30 % всей пресной воды на Земле идет на выращивание риса [189] Вайцзеккер и др. Фактор пять. Формула устойчивого роста. . Ожидаемые последствия изменения климата повлекут за собой дополнительную нагрузку на сельское хозяйство. Повышение урожайности и засухо- и жароустойчивости риса имеет важнейшее значение для продовольственной безопасности в Азии. Ответ на вопрос, какие методы и пути напрямую ведут к этой цели, должна дать практика. В своей книге «Фактор пять» Эрнст Ульрих фон Вайцзеккер рассказывает о новом сорте риса, который получил название «Закаленный» (Hardy) и, как утверждается, дает высокие урожаи даже в условиях засухи. Ученые из Института биоинформатики в Вирджинии встроили в рис ген кардаминопсиса, который отвечает за высокоэффективное использование воды, вследствие чего у растений активизировался процесс фотосинтеза и сократилась потребность в воде. В итоге новый сорт риса в засуху дал на 50 % больше урожая [190] См. сообщение в Welt от 11 сентября 2007 г.: http://www.welt.de/welt_print/article1174263/Wissenschaft-kompakt.html. .