Τετάρτη, 09 Μάρτιος 2016 Ερευνητές στις ΗΠΑ, με επικεφαλής τον διακεκριμένο καθηγητή Γρηγόρη Στεφανόπουλο του Τμήματος Χημικών Μηχανικών του Πανεπιστημίου ΜΙΤ, ανακάλυψαν μια νέα σχετικά φθηνή διαδικασία με την οποία τα καυσαέρια από εργοστάσια (χαλυβουργεία, παραγωγής ηλεκτρισμού κ.ά.), καθώς και άλλες
πηγές (π.χ. απόβλητα), μπορούν να μετατραπούν σε υγρά βιοκαύσιμα.
Η
μετατροπή σε βιοντίζελ των αερίων που προκύπτουν από την καύση άνθρακα,
φυσικού αερίου ή βιομάζας, γίνεται με τη βοήθεια μικροοργανισμών
(βακτηρίων και μυκήτων).
Καθώς τα ορυκτά καύσιμα εξαντλούνται και το διοξείδιο του άνθρακα επιβαρύνει την ατμόσφαιρα, αναζητούνται νέα και πιο «καθαρά» καύσιμα επειγόντως. Το επίτευγμα των ερευνητών μπορεί να βοηθήσει, ώστε να υπάρξει μια νέα ενεργειακή πηγή, που θα είναι επίσης φιλική προς το περιβάλλον, καθώς επιτρέπει την ανακύκλωση του διοξειδίου, αντί αυτό να διαφεύγει στην ατμόσφαιρα.
Προηγούμενες μελέτες είχαν δείξει ότι τροποποιημένα βακτήρια όπως το E.coli μπορούν να μετατρέψουν τα σάκχαρα από τους υδατάνθρακες σε ένα πρόδρομο του βιοντίζελ, όμως η διαδικασία αυτή είναι πολύ ακριβή για να εφαρμοστεί σε μαζική κλίμακα.
Ο Στεφανόπουλος και οι συνεργάτες του, που έκαναν τη σχετική δημοσίευση στο περιοδικό της Εθνικής Ακαδημίας Επιστημών των ΗΠΑ (PNAS), ανέπτυξαν μια χαμηλού κόστους διαδικασία μετατροπής των καυσαερίων σε υγρά καύσιμα, η οποία χρησιμοποιεί το θερμόφιλο βακτήριο Moorella thermoacetica, καθώς και ένα τροποποιημένο μύκητα Yarrowia lipolytica.
Η νέα μέθοδος παραγωγής βιοκαυσίμων μπορεί να εφαρμοστεί σε βιομηχανική κλίμακα χωρίς μεγάλο κόστος και χωρίς να χρειάζεται να δεσμεύονται για την πρώτη ύλη μεγάλες εκτάσεις «ενεργειακών» φυτών, πράγμα που λειτουργεί ανταγωνιστικά στη γεωργία και αυξάνει τις τιμές των τροφίμων.
Η διαδικασία γίνεται σε δύο στάδια. Αρχικά, μέσα σε ένα αναερόβιο βιοαντιδραστήρα, το βακτήριο μετατρέπει σε οξικό οξύ ένα μείγμα διοξειδίου του άνθρακα και μονοξειδίου του άνθρακα ή υδρογόνου (που είναι πιο γνωστό ως 'αέριο σύνθεσης' ή syngas). Σε δεύτερη φάση, το οξικό οξύ διοχετεύεται σε έναν άλλο βιοαντιδραστήρα που περιέχει τον μύκητα, ο οποίος -μέσω βιοκατάλυσης- μετατρέπει το οξύ σε λιπίδια. Τελικά, τα τελευταία μετατρέπονται σε βιοντίζελ.
Σύμφωνα με τους ερευνητές, η ίδια μέθοδος -που ήδη έχει δοκιμαστεί με επιτυχία σε πιλοτική μονάδα στην Κίνα- μπορεί να βρει πρακτικές εφαρμογές και σε άλλες περιπτώσεις δημιουργίας απαερίων καύσης.
* Ο Γρηγόρης Στεφανόπουλος αποφοίτησε από τη Σχολή Χημικών Μηχανικών του ΕΜΠ και πήρε το διδακτορικό του στη Χημική Μηχανική από το Πανεπιστήμιο της Μινεσότα των ΗΠΑ το 1978. Από το 1985 είναι καθηγητής στη Σχολή Χημικών Μηχανικών του ΜΙΤ. Θεωρείται ένας από τους σημαντικότερους ειδικούς παγκοσμίως στη λεγόμενη «μεταβολική μηχανική», δηλαδή στην κατάλληλη τροποποίηση των μικροβίων, ώστε αυτά να μετατραπούν σε χημικά «εργοστάσια» για την παραγωγή καυσίμων και χημικών ουσιών. Φέτος εξελέγη πρόεδρος του Αμερικανικού Ινστιτούτου Χημικών Μηχανικών, ενώ είναι μέλος της Εθνικής Ακαδημίας Μηχανικών των ΗΠΑ και της Ακαδημίας Αθηνών (αντεπιστέλλον).
Συνέντευξη στο ΑΠΕ-ΜΠΕ
ΕΡ: Ποια είναι η σημασία της ανακάλυψής σας;
ΑΠ: Πρόκειται για ένα ολοκληρωμένο σύστημα που μπορεί να μετατρέψει σε μεταφορικά υγρά καύσιμα τα απαέρια από τα χαλυβουργεία ή το αέριο σύνθεσης από την αεριοποίηση των αποβλήτων πρώτων υλών, όπως των δημοτικών στερεών αποβλήτων. Το σύστημά μας παρέχει μια τεχνολογία για την μετατροπή των αερίων σε υγρά (gas-to-liquids).
ΕΡ: Πότε θα υπάρξει κάποια πρακτική/εμπορική εφαρμογή της στο μέλλον;
ΑΠ: Ο δρ. Πενγκ Χου, πρώην μεταδιδακτορικός ερευνητής μου και πρώτος συγγραφέας της νέας δημοσίευσης, καθοδηγεί μια προσπάθεια στην Κίνα για την εμπορική αξιοποίηση της τεχνολογίας. Ηδη κατασκεύασε και λειτουργεί μια πιλοτική μονάδα 1.000 λίτρων σε εγκαταστάσεις έξω από τη Σαγκάη. Ετσι, η τεχνολογία μας αποδείχθηκε με ικανοποιητικό τρόπο σε αυτή την κλίμακα παραγωγής. Ο δρ. Χου και η νεοφυής εταιρεία GTL Biosciences βρίσκονται πλέον στα τελικά στάδια σχεδιασμού για την κατασκευή ενός εργοστασίου σε πολύ μεγαλύτερη κλίμακα, το οποίο αναμένεται να λειτουργήσει φέτος το φθινόπωρο.
ΕΡ: Διαβλέπετε ότι τα βιοκαύσιμα θα έχουν μέλλον;
ΑΠ: Τα βιοκαύσιμα αφήνουν πολλές υποσχέσεις και μεγάλη πρόοδος έχει επιτευχθεί κατά τα τελευταία 10-15 χρόνια. Η τρέχουσα χαμηλή τιμή του πετρελαίου δεν βοηθά την ανάπτυξή τους, όμως μακροπρόθεσμα τα βιοκαύσιμα αποτελούν απαραίτητο συστατικό στο μείγμα καυσίμων, που πρέπει να εισαχθεί για να μειωθεί η εξάρτηση από τη χρήση των ορυκτών καυσίμων. Αν και η αιθανόλη τραβά κυρίως την προσοχή, είναι το βιοντίζελ που είναι πιο σημαντικό, επειδή είναι δύσκολο να αντικατασταθεί από άλλα καύσιμα και επίσης είναι απολύτως αναγκαίο για την μεταφορά μεγάλων οχημάτων και αεροπλάνων.
ΕΡ: Πόσο η Μεταβολική Μηχανική μπορεί να «κάνει τη διαφορά» στο μέλλον;
ΑΠ: Η Μεταβολική Μηχανική είναι η τεχνολογία που επιτρέπει την παραγωγή καυσίμων και χημικών ουσιών για τον 21ο αιώνα. Οι βιοτεχνολογικές διαδικασίες που αναπτύσσονται από την Μεταβολική Μηχανική, θα είναι ανταγωνιστικές σε σχέση με τις υπάρχουσες χημικές διαδικασίες και θα προτιμώνται, καθώς βασίζονται σε ανανεώσιμες πρώτες ύλες, αντί στα ορυκτά καύσιμα. Η κλιματική αλλαγή αποτελεί τη βασική κινητήρια δύναμη γι' αυτή την εξέλιξη.
ΕΡ: Αναλάβατε φέτος πρόεδρος του Αμερικανικού Ινστιτούτου Χημικών Μηχανικών (AIChE). Εχει μέλλον η παραδοσιακή ειδικότητα των χημικών μηχανικών παγκοσμίως ή τείνει να ξεπεραστεί από τις επιστημονικές και τεχνολογικές εξελίξεις;
ΑΠ: Η Χημική Μηχανική βασίζεται σε έναν ισχυρό πυρήνα ιδεών, που αναπτύχθηκε μετά από δεκαετίες αλληλεπίδρασης με τη χημική βιομηχανία. Αυτός ο πυρήνας είναι εξίσου εφαρμόσιμος τόσο στις παραδοσιακές χημικές διαδικασίες, όσο και στις νέες που αναπτύχθηκαν κατά τις δύο τελευταίες δεκαετίες. Είναι επίσης εφαρμόσιμος τόσο σε μεγάλα χημικά εργοστάσια, όσο και σε μικρά συστήματα σε νανοκλίμακα ή μοριακό επίπεδο.
Συνεπώς, ατενίζοντας το μέλλον, ο πυρήνας θα παραμείνει αμετάβλητος, παρόλο που το εύρος των εφαρμογών μπορεί να διευρυνθεί σε πολλά διαφορετικά πεδία. Η διδασκαλία αυτών των νέων πεδίων και η ανάπτυξη της αντίστοιχης εμπειρίας θα αποτελέσει ακριβώς μέρος της μελλοντικής εκπαίδευσης των χημικών μηχανικών.
Σύνδεσμος: Για την πρωτότυπη επιστημονική εργασία στη διεύθυνση: http://www.pnas.org/content/early/2016/03/02/1516867113
ΑΠΕ-ΜΠΕ , http://www.eleftheriaonline.gr/
Καθώς τα ορυκτά καύσιμα εξαντλούνται και το διοξείδιο του άνθρακα επιβαρύνει την ατμόσφαιρα, αναζητούνται νέα και πιο «καθαρά» καύσιμα επειγόντως. Το επίτευγμα των ερευνητών μπορεί να βοηθήσει, ώστε να υπάρξει μια νέα ενεργειακή πηγή, που θα είναι επίσης φιλική προς το περιβάλλον, καθώς επιτρέπει την ανακύκλωση του διοξειδίου, αντί αυτό να διαφεύγει στην ατμόσφαιρα.
Προηγούμενες μελέτες είχαν δείξει ότι τροποποιημένα βακτήρια όπως το E.coli μπορούν να μετατρέψουν τα σάκχαρα από τους υδατάνθρακες σε ένα πρόδρομο του βιοντίζελ, όμως η διαδικασία αυτή είναι πολύ ακριβή για να εφαρμοστεί σε μαζική κλίμακα.
Ο Στεφανόπουλος και οι συνεργάτες του, που έκαναν τη σχετική δημοσίευση στο περιοδικό της Εθνικής Ακαδημίας Επιστημών των ΗΠΑ (PNAS), ανέπτυξαν μια χαμηλού κόστους διαδικασία μετατροπής των καυσαερίων σε υγρά καύσιμα, η οποία χρησιμοποιεί το θερμόφιλο βακτήριο Moorella thermoacetica, καθώς και ένα τροποποιημένο μύκητα Yarrowia lipolytica.
Η νέα μέθοδος παραγωγής βιοκαυσίμων μπορεί να εφαρμοστεί σε βιομηχανική κλίμακα χωρίς μεγάλο κόστος και χωρίς να χρειάζεται να δεσμεύονται για την πρώτη ύλη μεγάλες εκτάσεις «ενεργειακών» φυτών, πράγμα που λειτουργεί ανταγωνιστικά στη γεωργία και αυξάνει τις τιμές των τροφίμων.
Η διαδικασία γίνεται σε δύο στάδια. Αρχικά, μέσα σε ένα αναερόβιο βιοαντιδραστήρα, το βακτήριο μετατρέπει σε οξικό οξύ ένα μείγμα διοξειδίου του άνθρακα και μονοξειδίου του άνθρακα ή υδρογόνου (που είναι πιο γνωστό ως 'αέριο σύνθεσης' ή syngas). Σε δεύτερη φάση, το οξικό οξύ διοχετεύεται σε έναν άλλο βιοαντιδραστήρα που περιέχει τον μύκητα, ο οποίος -μέσω βιοκατάλυσης- μετατρέπει το οξύ σε λιπίδια. Τελικά, τα τελευταία μετατρέπονται σε βιοντίζελ.
Σύμφωνα με τους ερευνητές, η ίδια μέθοδος -που ήδη έχει δοκιμαστεί με επιτυχία σε πιλοτική μονάδα στην Κίνα- μπορεί να βρει πρακτικές εφαρμογές και σε άλλες περιπτώσεις δημιουργίας απαερίων καύσης.
* Ο Γρηγόρης Στεφανόπουλος αποφοίτησε από τη Σχολή Χημικών Μηχανικών του ΕΜΠ και πήρε το διδακτορικό του στη Χημική Μηχανική από το Πανεπιστήμιο της Μινεσότα των ΗΠΑ το 1978. Από το 1985 είναι καθηγητής στη Σχολή Χημικών Μηχανικών του ΜΙΤ. Θεωρείται ένας από τους σημαντικότερους ειδικούς παγκοσμίως στη λεγόμενη «μεταβολική μηχανική», δηλαδή στην κατάλληλη τροποποίηση των μικροβίων, ώστε αυτά να μετατραπούν σε χημικά «εργοστάσια» για την παραγωγή καυσίμων και χημικών ουσιών. Φέτος εξελέγη πρόεδρος του Αμερικανικού Ινστιτούτου Χημικών Μηχανικών, ενώ είναι μέλος της Εθνικής Ακαδημίας Μηχανικών των ΗΠΑ και της Ακαδημίας Αθηνών (αντεπιστέλλον).
Συνέντευξη στο ΑΠΕ-ΜΠΕ
ΕΡ: Ποια είναι η σημασία της ανακάλυψής σας;
ΑΠ: Πρόκειται για ένα ολοκληρωμένο σύστημα που μπορεί να μετατρέψει σε μεταφορικά υγρά καύσιμα τα απαέρια από τα χαλυβουργεία ή το αέριο σύνθεσης από την αεριοποίηση των αποβλήτων πρώτων υλών, όπως των δημοτικών στερεών αποβλήτων. Το σύστημά μας παρέχει μια τεχνολογία για την μετατροπή των αερίων σε υγρά (gas-to-liquids).
ΕΡ: Πότε θα υπάρξει κάποια πρακτική/εμπορική εφαρμογή της στο μέλλον;
ΑΠ: Ο δρ. Πενγκ Χου, πρώην μεταδιδακτορικός ερευνητής μου και πρώτος συγγραφέας της νέας δημοσίευσης, καθοδηγεί μια προσπάθεια στην Κίνα για την εμπορική αξιοποίηση της τεχνολογίας. Ηδη κατασκεύασε και λειτουργεί μια πιλοτική μονάδα 1.000 λίτρων σε εγκαταστάσεις έξω από τη Σαγκάη. Ετσι, η τεχνολογία μας αποδείχθηκε με ικανοποιητικό τρόπο σε αυτή την κλίμακα παραγωγής. Ο δρ. Χου και η νεοφυής εταιρεία GTL Biosciences βρίσκονται πλέον στα τελικά στάδια σχεδιασμού για την κατασκευή ενός εργοστασίου σε πολύ μεγαλύτερη κλίμακα, το οποίο αναμένεται να λειτουργήσει φέτος το φθινόπωρο.
ΕΡ: Διαβλέπετε ότι τα βιοκαύσιμα θα έχουν μέλλον;
ΑΠ: Τα βιοκαύσιμα αφήνουν πολλές υποσχέσεις και μεγάλη πρόοδος έχει επιτευχθεί κατά τα τελευταία 10-15 χρόνια. Η τρέχουσα χαμηλή τιμή του πετρελαίου δεν βοηθά την ανάπτυξή τους, όμως μακροπρόθεσμα τα βιοκαύσιμα αποτελούν απαραίτητο συστατικό στο μείγμα καυσίμων, που πρέπει να εισαχθεί για να μειωθεί η εξάρτηση από τη χρήση των ορυκτών καυσίμων. Αν και η αιθανόλη τραβά κυρίως την προσοχή, είναι το βιοντίζελ που είναι πιο σημαντικό, επειδή είναι δύσκολο να αντικατασταθεί από άλλα καύσιμα και επίσης είναι απολύτως αναγκαίο για την μεταφορά μεγάλων οχημάτων και αεροπλάνων.
ΕΡ: Πόσο η Μεταβολική Μηχανική μπορεί να «κάνει τη διαφορά» στο μέλλον;
ΑΠ: Η Μεταβολική Μηχανική είναι η τεχνολογία που επιτρέπει την παραγωγή καυσίμων και χημικών ουσιών για τον 21ο αιώνα. Οι βιοτεχνολογικές διαδικασίες που αναπτύσσονται από την Μεταβολική Μηχανική, θα είναι ανταγωνιστικές σε σχέση με τις υπάρχουσες χημικές διαδικασίες και θα προτιμώνται, καθώς βασίζονται σε ανανεώσιμες πρώτες ύλες, αντί στα ορυκτά καύσιμα. Η κλιματική αλλαγή αποτελεί τη βασική κινητήρια δύναμη γι' αυτή την εξέλιξη.
ΕΡ: Αναλάβατε φέτος πρόεδρος του Αμερικανικού Ινστιτούτου Χημικών Μηχανικών (AIChE). Εχει μέλλον η παραδοσιακή ειδικότητα των χημικών μηχανικών παγκοσμίως ή τείνει να ξεπεραστεί από τις επιστημονικές και τεχνολογικές εξελίξεις;
ΑΠ: Η Χημική Μηχανική βασίζεται σε έναν ισχυρό πυρήνα ιδεών, που αναπτύχθηκε μετά από δεκαετίες αλληλεπίδρασης με τη χημική βιομηχανία. Αυτός ο πυρήνας είναι εξίσου εφαρμόσιμος τόσο στις παραδοσιακές χημικές διαδικασίες, όσο και στις νέες που αναπτύχθηκαν κατά τις δύο τελευταίες δεκαετίες. Είναι επίσης εφαρμόσιμος τόσο σε μεγάλα χημικά εργοστάσια, όσο και σε μικρά συστήματα σε νανοκλίμακα ή μοριακό επίπεδο.
Συνεπώς, ατενίζοντας το μέλλον, ο πυρήνας θα παραμείνει αμετάβλητος, παρόλο που το εύρος των εφαρμογών μπορεί να διευρυνθεί σε πολλά διαφορετικά πεδία. Η διδασκαλία αυτών των νέων πεδίων και η ανάπτυξη της αντίστοιχης εμπειρίας θα αποτελέσει ακριβώς μέρος της μελλοντικής εκπαίδευσης των χημικών μηχανικών.
Σύνδεσμος: Για την πρωτότυπη επιστημονική εργασία στη διεύθυνση: http://www.pnas.org/content/early/2016/03/02/1516867113
ΑΠΕ-ΜΠΕ , http://www.eleftheriaonline.gr/
.JPG)
Δεν υπάρχουν σχόλια:
Δημοσίευση σχολίου