Ученые налаживают производство искусственной нефти

Нефть можно выращивать в пробирке

Энергетический кризис заставил ученых налаживать производство искусственной нефти. Японские и российские химики придумали установки, позволяющие получать это сырье из карбонатов и воды. А американские ученые нашли водоросль, производящую углеводороды, пересадили ее гены дрожжам и таким образом получили биореактор, создающий биогенную нефть.

Фото: Фото: AP

Как следует из закона сохранения массы, всякое вещество не может появляться из ничего. Этот факт в последнее время весьма беспокоит все цивилизованное человечество, поскольку сие означает, что запасы энергетических ресурсов на планете конечны. Это относится и к самому важному из них — нефти. Прогнозы, постоянно публикуемые разными геологическими институтами, весьма пессимистичны: по одним из них, "черное золото" иссякнет уже к середине века, по другим, более умеренным, — к его концу. А это означает полный крах всей мировой энергетической и транспортной системы (при условии, конечно, что к тому времени основным топливом будут по-прежнему оставаться нефтепродукты).

Впрочем, часть экспертов считает, что те, кто публикует подобные прогнозы, сильно сгущают краски. Действительно, ведь все подсчеты ведутся с учетом современной добычи нефти, то есть основываются на данных с разработанных месторождений. Но ведь на нашей планете еще хватает тех, чья разработка пока не началась, а также, вероятно, и тех, которые пока не разведаны. Истощение традиционных месторождений, считают ученые, стимулирует поиск и разработку новых. А старые к тому времени будут законсервированы, и нефтяные запасы там восстановятся.

Да, действительно, нефть может восстанавливаться. Собственно говоря, процесс нефтеобразования до сих пор идет на нашей планете. И происходит это двумя способами: биогенным и неорганическим. Последний пока что изучен достаточно плохо (а часть ученых вообще сомневается в том, что он возможен), и о его скорости пока еще ничего не знают. Считается, что происходит это из-за того, что при радиоактивном распаде в ядре Земли образуется водород, который и взаимодействует с углеродом, в результате чего образуются различные углеводороды, в дальнейшем превращающиеся в нефть.

Вот что сказал по этому поводу заведующий кафедрой физической химии Московской академии тонкой химической технологии им. М.В. Ломоносова, доктор химических наук Виталий Флид:

"В недрах Земли при взаимодействии углерода с поступающим от ядра водородом образуется метан. Этот газ из глубин Земли по каналам в породах поступает к поверхности, по ходу движения претерпевая различные реакции с образованием более тяжелых углеводородов. То есть нефти. Это и есть неорганический путь образования нефти. Геологи утверждают, что существуют месторождения нефти, которые были полностью исчерпаны, а потом нефть в них снова появилась. Возможно, это та самая нефть из глубин Земли, которая вряд ли когда-нибудь закончится".

Ученый также добавил, что во многих странах, в том числе, в Японии и России, уже работают экспериментальные установки, целью которых является получение нефти неорганическим способом. По его словам, на этих установках происходит процесс образования углеводородов из карбонатов и воды в присутствии двухвалентного железа. Действительно, химики давно знают, что если смешать карбонат кальция или магния с раствором соли железа и нагревать при высоком давлении, то, как показали наши исследования, абсолютно достоверно образуются углеводороды. Из них же впоследствии уже достаточно легко получить нефть с нужными характеристиками.

Что же, значит, получается, оснований для тревоги нет? На самом деле, увы, не все так просто. Дело в том, что, согласно расчетам геофизиков, неорганическим способом нефть восстанавливается крайне медленно, да и вообще, доля подобной нефти в мировых запасах невелика. Что касается установок, о которых говорилось выше, то они требуют большого количества энергии и, по крайней мере, на сегодняшний день производят достаточно мало "черного золота".

Фото: AP

Поэтому в настоящее время ученые признали более перспективными исследования другого пути нефтеобразования — биогенного. Судя по всему, большинство нефтяных запасов планеты возникло именно этим путем. Схематично его можно описатьтак—вдревниевремена,когдаклиматнаЗемлебылравномернотеплым(как,например,в раннем палеозое или мезозое), в морях и океанах обитало огромное количество планктонных организмов (их количество во много раз превышало таковое в наши дни). Умирая, эти организмы падали на дно, образуя многометровые толщи органического осадка, причем скорость его накопления во много раз превышала таковую разложения органики.

В результате большие массы органического материала были погребены под последующими отложениями, такими как сланец или соль. Далее, в результате движения континентов многие из этих зон оказались на суше. Параллельно в них происходил длительный прогрев органического вещества при температуре от 50 градусов по Цельсию и выше. Он-то и привел к тому, что органический осадок превратился в то, что мы сейчас называем "черным золотом".

И вот недавно американские ученые установили, кто из живых организмов принимал наибольшее участие в процессе образования нефти. Группа исследователей под руководством профессора Джо Чаппела из Университета Кентукки выяснила, что во всех образцах нефти нашей планеты присутствовали фрагменты генома микроскопической водоросли Botryococcus braunii. Причем фрагменты ДНК этого организма были доминирующими — их количество превышало аналогичные "следы" других водорослей и бактерий в сотни раз. Было также установлено, что впервые данная водоросль "занялась" этим полезным делом около 500 миллионов лет тому назад (то есть в кембрийском периоде) и продолжает свою работу и по сей день.

Botryococcus braunii принадлежит к группе зеленых водорослей (Chlorococcales) и встречается практически во всех морях и океанах. Она образует большие плавающие колонии, состоящие из миллионов микроскопических (несколько десятков микрон в диаметре) округлых клеток с весьма толстыми оболочками. Самой интересной способностью данной водоросли является то, что она может синтезировать разные углеводороды, образующие так называемое "водорослевое масло". Интересно, что данное "масло" по своему химическому составу весьма похоже на нефть. Нужно оно колонии для того, чтобы увеличить ее плавучесть. При этом неоднократные наблюдения показали, что клетки часто выпускают данное "масло" в окружающую их воду, в результате чего вся колония располагается среди тонкой радужной пленки, которая помогает клеткам не тонуть.

Впрочем, данное "масло" все-таки не является еще настоящей нефтью. Однако при подогреве под высоким давлением достаточно быстро в нее превращается. Таким образом, как утверждают американские ученые, человечеству вместо того, чтобы тратить огромные деньги на разведку месторождений и бурение скважин, следует просто наладить культивирование данной водоросли в промышленных масштабах.

Но вот ту-то имеется одна серьезная проблема — Botryococcus braunii растет очень медленно, поэтому в своем естественном виде не очень пригодна в качестве источника для органической нефти. Но и из этого положения имеется выход — ведь ученые прекрасно знают, какие именно гены данной водоросли отвечают за производство углеводородов. Поэтому можно искусственно создать их и внедрить в тела других, не столь капризных организмов. Например, в клетки дрожжей. Подобные эксперименты прошли очень успешно, в результате чего в США уже существует первая дрожжевая культура, способная производить органическую нефть.

Читайте также: Бактерии превратят отходы в топливо

Исследователи считают, что использование генов Botryococcus braunii имеет огромные преимущества, так как этот микроорганизм имеет уникальный молекулярный механизм для производства углеводородного сырья. Подобных качеств не имеет ни один известный микроорганизм, что, собственно, и доказано огромными запасами нефти и угля, которые сотни миллионов лет назад начала создавать Botryococcus braunii. Перенос уникальных генов водоросли в быстрорастущий неприхотливый организм позволит создавать дешевые и высокоэффективные биореакторы, производящие необходимое топливо.

Итак, если людям удастся полностью "приручить" полезную нефтеобразующую водоросль, то энергетический кризис планете не грозит. Каждая страна в таком случае сможет с помощью генетически модифицированных дрожжей производить столько нефти, сколько ей нужно. И не зависеть от поставок со стороны…

Читайте самое интересное в рубрике "Наука и техника"