จุลินทรีย์ที่พบในนาข้าวช่วยเปลี่ยนก๊าซมีเทนให้เป็นเชื้อเพลิงชีวภาพ ภาพ: ยามานากะ ทามากิ ผ่าน Flickr

ความเฉลียวฉลาดในห้องปฏิบัติการทั่วโลกคือการควบคุมจุลินทรีย์ น้ำ และอากาศร้อนเพื่อผลิตพลังงานหมุนเวียนประเภทต่างๆ จากก๊าซเรือนกระจก

นักวิทยาศาสตร์ชาวสวิสได้ค้นพบวิธีการ เปลี่ยนก๊าซมีเทนของก๊าซเรือนกระจกที่มีศักยภาพเป็นเชื้อเพลิงเมทานอล – ด้วยความช่วยเหลือจากน้ำและตัวเร่งปฏิกิริยาอย่างง่าย

ในขณะเดียวกัน นักวิจัยของสหรัฐฯ ได้ทดสอบวิธีการแปลงก๊าซมีเทนเป็นเชื้อเพลิงชีวภาพ สารเคมีเฉพาะทาง หรือแม้แต่อาหารสัตว์ด้วย ความช่วยเหลือจากจุลินทรีย์ตัวหนึ่งจากนาข้าว และอีกตัวจากทะเลสาบไซบีเรีย.

และในนอร์เวย์ วิศวกรกำลังทดสอบบางสิ่งที่ดูเหมือนง่ายกว่า พวกเขาต้องการ ใช้ประโยชน์จากอากาศเป็นแบตเตอรี่ที่สามารถเก็บพลังงานทดแทนส่วนเกินได้.

ทั้งสามการศึกษาเป็นตัวอย่างของ ระดับความเฉลียวฉลาดและการประดิษฐ์ที่น่าอัศจรรย์ แสดงให้เห็นซ้ำแล้วซ้ำอีกในห้องปฏิบัติการของโลกในฐานะนักเคมี วิศวกร และนักจุลชีววิทยา มุ่งเน้นไปที่ความท้าทายด้านพลังงานที่ยิ่งใหญ่.

การปล่อยก๊าซเรือนกระจก

ล้วนแสวงหา วิธีลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจกจากการเผาไหม้เชื้อเพลิงฟอสซิลโดย การรีไซเคิล โดยมีประสิทธิภาพมากขึ้น โดยการกำจัดของเสีย และโดย ควบคุมแสงแดด อากาศ และน้ำ ไปยัง ปรับปรุงธรรมชาติ.

เทคโนโลยีใด ๆ เหล่านี้สามารถมีส่วนสนับสนุนอย่างมีประสิทธิภาพในการใช้พลังงานอย่างมีประสิทธิภาพ และแม้ว่าเทคโนโลยีเหล่านี้ทั้งหมดจะห่างไกลจากการแสวงหาประโยชน์จากการทำงานเป็นประจำ แต่ก็แสดงให้เห็นซ้ำแล้วซ้ำเล่าว่านักวิจัย นำแนวคิดใหม่มาสู่ปัญหาอย่างน้อยก็เก่าแก่พอๆ กับการปฏิวัติอุตสาหกรรม.

แรงบันดาลใจอย่างหนึ่งมาจากมีเธน ซึ่งเป็นก๊าซเรือนกระจกที่มีอายุสั้นในชั้นบรรยากาศมากกว่าคาร์บอนไดออกไซด์ แต่ยังมีประสิทธิภาพมากกว่าหลายเท่าในการมีส่วนทำให้เกิดภาวะโลกร้อน

เป็นที่รู้จักกันในนามก๊าซ "ธรรมชาติ" แต่การทำการเกษตร - จากนาข้าวไปจนถึงทุ่งหญ้าเลี้ยงสัตว์ - ผลิต มีเทนปริมาณมากและแหล่งเชื้อเพลิงฟอสซิลก็เช่นกัน

“เราใช้ของเสียที่ปกติแล้วเป็นค่าใช้จ่ายและอัพเกรดเป็นจุลินทรีย์ชีวมวลที่สามารถนำมาใช้เป็นเชื้อเพลิง ปุ๋ย อาหารสัตว์ สารเคมี และผลิตภัณฑ์อื่นๆ”

นักวิจัยจาก สวิสสถาบันเทคโนโลยีแห่งชาติหรือที่รู้จักในชื่อ ETH Zurich รายงานในวารสาร Science ว่าพวกเขาได้คิดค้นระบบตัวเร่งปฏิกิริยาที่ประกอบด้วยทองแดง ซีโอไลต์ด้วยคุณสมบัติที่ไม่คาดคิด

สามารถเปลี่ยนก๊าซมีเทนได้ด้วยสูตรเคมี CH_4, เป็นเมทานอลเหลว(CH₃OH) โดยใช้ประโยชน์จากออกซิเจนในน้ำ และสามารถทำได้ด้วยประสิทธิภาพ 97%

It remains just that ? a process, and so far an expensive one “only economically feasible at very large scale”, they say, and not something engineers could tap into at, for instance, an ocean or a desert oil drilling rig, where oilmen still “flare” waste methane from the wells.

แต่เป็นทีมจาก ห้องปฏิบัติการแห่งชาติแปซิฟิกตะวันตกเฉียงเหนือ (PNNL) ในรัฐวอชิงตัน สหรัฐอเมริกา มีบางอย่างที่สามารถเคลื่อนย้ายได้: เครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพที่สามารถเปลี่ยนก๊าซมีเทนที่จับได้ที่ทุ่งน้ำมันและที่ไร่นาให้กลายเป็นสารเจลาตินสีเขียวเข้ม อุดมด้วยพลังงาน ซึ่งสามารถนำไปใช้ประโยชน์ ช่วงของผลิตภัณฑ์

กระบวนการนี้ขึ้นอยู่กับจุลินทรีย์สองตัวที่ปกติจะไม่พบในที่เดียวกัน พวกเขาเขียนเป็น วารสารเทคโนโลยีชีวภาพ.

ชนิดหนึ่งเรียกว่า Methylomicrobium alcaliphilum 20Z และกินก๊าซมีเทนที่หลุมฝังกลบและนาข้าว อีกชนิดหนึ่งเรียกว่า Synechococcus 7002 และอาศัยอยู่ในทะเลสาบไซบีเรียโดยใช้แสงและคาร์บอนไดออกไซด์เพื่อปล่อยออกซิเจน

นักวิทยาศาสตร์ของวอชิงตันกล่าวว่าร่วมกัน พวกเขามีส่วนร่วมใน "การเชื่อมต่อการเผาผลาญที่มีประสิทธิผล" เพื่อผลิตสิ่งใหม่

Hans Bernstein วิศวกรเคมีและชีวภาพซึ่งเป็นสมาชิกของ ทีมวิจัย PNNL

แพลตฟอร์มเทคโนโลยีชีวภาพ

“สิ่งมีชีวิตทั้งสองเติมเต็มซึ่งกันและกัน สนับสนุนซึ่งกันและกัน เราได้สร้างแพลตฟอร์มเทคโนโลยีชีวภาพที่ปรับเปลี่ยนได้ซึ่งมีจุลินทรีย์ที่ติดตามได้จากพันธุกรรมสำหรับการสังเคราะห์เชื้อเพลิงชีวภาพและชีวเคมี”

ในนอร์เวย์ วิศวกรจาก องค์กรพลังงาน SINTEF ได้ตรวจสอบแนวทางอื่นของเกมพลัง พวกเขาเป็นหุ้นส่วนใน a โครงการยุโรป หาวิธีเก็บพลังงานใต้ดิน.

และพวกเขาต้องการนำพลังงานกลับมาหมุนเวียนด้วยแบตเตอรี่ที่ใช้ลมร้อนเพียงอย่างเดียว นี่คืออากาศที่ถูกทำให้ร้อนและบีบอัดด้วยพลังงานส่วนเกินจากลมและโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ แล้วเก็บไว้ในถ้ำใต้ดิน

การไหลของอากาศร้อนผ่านถ้ำพอร์ทัลที่เต็มไปด้วยหินบด และทำให้หินร้อนขึ้น อากาศอัดที่เย็นจัดจะถูกเก็บไว้ในถ้ำที่สอง และเมื่อจำเป็น อากาศก็จะถูกปล่อยผ่านหินร้อน

จากนั้นจะผ่านท่อผ่านกังหันเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้าเพื่อตอบสนองความต้องการสูงสุด หรือความต้องการเมื่อเซลล์พลังงานแสงอาทิตย์ไม่สามารถส่งมอบได้ หรือเมื่อใดก็ตามที่ลมพัดและใบพัดกังหันหยุดนิ่ง

มีการจับอย่างไรก็ตาม การขุดที่เก็บใต้ดินสำหรับแบตเตอรี่ดังกล่าวจะมีราคาแพงมาก

แต่ Giovanni Perillo นักวิทยาศาสตร์การวิจัยที่เป็นผู้จัดการโครงการกล่าวว่า "เราถือว่าอุโมงค์และเหมืองร้างที่เลิกใช้แล้วเป็นพื้นที่จัดเก็บที่มีศักยภาพ และนอร์เวย์มีอุโมงค์เหล่านี้อยู่มากมาย

“ยิ่งความร้อนจากการอัดที่อากาศสะสมไว้เมื่อปล่อยออกจากร้านมากเท่าไร ก็ยิ่งสามารถทำงานได้มากขึ้นเมื่อผ่านกังหันแก๊ส และเราคิดว่าเราจะสามารถประหยัดความร้อนได้มากกว่าเทคโนโลยีการจัดเก็บในปัจจุบัน ซึ่งจะเป็นการเพิ่มประสิทธิภาพสุทธิ” – เครือข่ายข่าวสภาพภูมิอากาศ