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Automobili che corrono con idrogeno a base di amido
Utilizzando uno stufato di enzimi selezionati da diversi organismi, i ricercatori hanno sviluppato un modo per convertire l'amido, disponibile da numerose fonti tra cui mais e patate, in gas idrogeno a basse temperature e pressioni. Il metodo produce tre volte più idrogeno rispetto a un vecchio metodo enzimatico, suggerendo che potrebbe essere pratico utilizzare tali enzimi per produrre idrogeno per veicoli a celle a combustibile.
Sebbene i veicoli a celle a combustibile siano attraenti perché non emettono sostanze inquinanti, è stata una sfida trovare modi puliti e convenienti per produrre, trasportare e immagazzinare l'idrogeno per alimentarli. Più comunemente, l'idrogeno viene estratto dai combustibili fossili. La produzione di idrogeno mediante l'elettrolisi dell'acqua richiede molta energia e può essere costosa. Il nuovo sistema migliora altri metodi sperimentali per la creazione di idrogeno dalla biomassa utilizzando basse temperature, rendendolo potenzialmente più conveniente ed efficiente dal punto di vista energetico.
I ricercatori-da Virginia Tech , a Blacksburg, Virginia; Laboratorio nazionale di Oak Ridge ; e l'Università della Georgia, ad Atene, hanno combinato 13 enzimi disponibili in commercio isolati da lievito, batteri, spinaci e muscoli di coniglio. Il lavoro è disponibile online in PLoS UNO , rivista pubblicata dal Biblioteca Pubblica di Scienze . L'idrogeno proviene da due fonti: l'amido e l'acqua utilizzata per ossidare l'amido. Gli enzimi facilitano le reazioni chimiche in cui l'acqua e l'amido possono essere completamente convertiti in idrogeno e anidride carbonica, afferma Y. Percival Zhang , professore di sistemi biologici al Virginia Tech. (L'anidride carbonica rilasciata è compensata dall'anidride carbonica catturata dalle piante che forniscono l'amido.)
Il nuovo sistema produce una resa maggiore di idrogeno rispetto ai precedenti sistemi sperimentali che utilizzavano enzimi per convertire gli zuccheri in idrogeno. Ma mentre la resa di idrogeno è elevata, finora le velocità con cui viene prodotto il gas sono estremamente basse. Ciò è in parte dovuto al fatto che i ricercatori hanno utilizzato enzimi disponibili in commercio e non hanno ottimizzato il sistema, afferma Zhang. Il prossimo progetto degli scienziati includerà l'analisi dettagliata di ogni fase del processo per trovare i passaggi limitanti.
Ad esempio, uno degli enzimi potrebbe produrre un sottoprodotto che rallenta i passaggi successivi, afferma Michael Adams , professore di biochimica e biologia molecolare presso l'Università della Georgia. I ricercatori cercherebbero quindi altri enzimi o modificherebbero quelli attuali per ridurre al minimo il sottoprodotto. Cercheranno anche enzimi che possono operare a temperature più elevate. Se aumenti la temperatura di 10 gradi, la maggior parte delle volte puoi raddoppiare la velocità di reazione, dice Zhang.
Una delle prime applicazioni del sistema, dice Zhang, potrebbe essere la generazione di idrogeno per le celle a combustibile nell'elettronica portatile. L'amido potrebbe essere un modo più sicuro di immagazzinare energia rispetto all'utilizzo del metanolo, un'opzione attualmente leader per tali piccoli sistemi di celle a combustibile. Egli stima che ci vorranno dai sei agli otto anni per migliorare i tassi abbastanza per tali applicazioni. Alla fine, spera di utilizzare il suo processo per risolvere uno dei più grandi problemi attuali con i veicoli a celle a combustibile a idrogeno: installare abbastanza idrogeno a bordo per competere con i veicoli a benzina.
Ma alcuni funzionari del Dipartimento dell'Energia (DOE) dubitano che l'intero sistema sarà abbastanza leggero per l'uso a bordo. Sunita Satyapal , il leader del team di stoccaggio dell'idrogeno presso il DOE, osserva che le stime dei ricercatori non includono il peso dell'acqua o l'altra attrezzatura necessaria per produrre l'idrogeno. Queste cose potrebbero più che raddoppiare il peso del sistema, dice, anche se l'acqua prodotta dalla cella a combustibile viene riciclata. Il sistema sarà probabilmente troppo pesante per dare al veicolo un'autonomia competitiva con i motori a benzina, suggerisce Satyapal.
Nota anche che il tasso di produzione di idrogeno è ora di ordini di grandezza inferiore a quello che dovrebbe essere per l'uso nei veicoli, e sarà molto difficile, se non impossibile, migliorare sufficientemente il tasso.
Ma anche se il nuovo sistema non è utile per produrre idrogeno in un'auto, alla fine potrebbe rivelarsi utile per produrre idrogeno nelle stazioni di rifornimento. Una delle sfide con la produzione di idrogeno è il costo della compressione e del trasporto dell'idrogeno da posizioni centrali. La produzione in loco utilizzando enzimi nelle stazioni di servizio o persino nelle case delle persone potrebbe aggirare questi problemi. In tali applicazioni, il tasso di produzione di idrogeno può essere inferiore a quello a bordo di un veicolo, poiché l'idrogeno può essere prodotto 24 ore su 24 in serbatoi relativamente grandi.
Tuttavia, alcuni sono scettici sul concetto di base dell'utilizzo dell'amido per creare carburante. Trasformare il cibo in idrogeno non è una grande idea, dice Giovanni Tedesco , professore di chimica al MIT. In effetti, la domanda di mais per produrre etanolo sta già aumentando i prezzi degli alimenti. L'uso dell'amido di mais per produrre idrogeno potrebbe esacerbare il problema.
Ma Zhang osserva che l'utilizzo dell'amido per produrre idrogeno sarebbe un uso molto migliore del mais disponibile rispetto a trasformarlo in etanolo: le celle a combustibile possono essere tre volte più efficienti dei motori a combustione interna a combustione di etanolo. Tuttavia, vede l'amido come una soluzione temporanea. Zhang sta anche sviluppando una versione del processo che inizia con la cellulosa, che si trova principalmente nelle parti non alimentari delle piante.