Древние диатомеи могут производить биотопливо, электронику и здоровое питание одновременно

Диатомеи, крошечные морские организмы, существующие со времен динозавров, могут сделать производство биотоплива из водорослей по-настоящему рентабельным, поскольку способны одновременно производить другие ценные продукты: полупроводники, биомедицинские материалы и даже продукты для здорового питания.

Инженеры из Университета штата Орегон признают, что такая технология — это шаг вперёд. Но это не научная фантастика: многие необходимые разработки уже сделаны, а Национальный научный фонд (NSF) только что выделил четырёхлетний грант в размере 2 миллионов долларов, чтобы помочь воплотить её в жизнь.

В теории, а возможно, и скоро на практике, эти удивительные микроскопические водоросли смогут брать одни из самых дешёвых и распространённых материалов на Земле — например, кремний и нитраты — и, добавляя практически только солнечный свет, почти любую воду и углекислый газ, производить постоянный поток доступных продуктов.

Концепция называется «фотосинтетический биорефайнинг». Песок, удобрения, немного солнца и солёная вода, другими словами, могут однажды приводить в движение автомобили и поставлять материалы для электроники с помощью крошечной одноклеточной микроструктуры, которая уже формирует основу морской пищевой цепи и участвует в круговороте CO₂ в атмосфере Земли.

«Эта программа NSF предназначена для поддержки долгосрочных концепций устойчивого будущего, но на самом деле мы уже демонстрируем большую часть науки, лежащей в основе этих технологий», — сказал Грег Роррер, профессор и руководитель Школы химического, биологического и экологического инжиниринга OSU, изучающий удивительные возможности диатомей более десяти лет.

«Мы показали, как диатомеи можно использовать для производства полупроводниковых материалов, хитиновых волокон для биомедицинских применений или липидов, необходимых для производства биотоплива», — сказал он. «Мы считаем, что можем производить все эти продукты на одном предприятии одновременно и легко переключаться с одного продукта на другой».

Биотопливо можно производить из водорослей, но топливо — это продукт со сравнительно низкой стоимостью, а существующие технологии до сих пор сдерживались высокой себестоимостью. Если эта программа поможет одновременно производить продукты с гораздо более высокой стоимостью — например, глюкозамин, пищевую добавку для здоровья, — то весь процесс может стать экономически оправданным.

Значительная часть затрат в этом подходе приходится не на сырьё, а на производственные мощности. В рамках работы в OSU исследователи планируют разработать математические модели, чтобы можно было тестировать различные варианты и с помощью компьютеров совершенствовать технологию до её фактического строительства.

Ключ ко всему этому — сама диатомея, природная нанотехнологическая фабрика, встречающаяся в ископаемых останках более 100 миллионов лет. Диатомеи эволюционировали примерно в юрский период. Будучи основным компонентом фитопланктона, они имеют жёсткие микроскопические кремниевые стенки и способность к биосинтезу различных коммерчески ценных соединений.

«Обычные водоросли не производят всего того, что могут производить диатомеи», — сказал Роррер. «Это единственный известный нам организм, который может создавать организованные структуры на наноуровне и естественным образом производить такие высокоценные продукты. При наличии нужных компонентов они будут производить то, что вы хотите».