Обычные топливные элементы распространены повсеместно. Они питают современные электромобили и использовались в компьютерах при высадке на Луну аппаратов программы «Аполлон» в 1969 году. Эти топливные элементы теряют напряжение по мере их использования и в конечном итоге перестают работать. Это происходит потому, что молекулы спирта (метанола или этанола) в анодном отсеке топливного элемента пересекают мембрану, отделяющую их от катодного отсека. Молекулы кислорода в катодном отсеке вступают в реакцию со спиртом, вызывая падение напряжения.
Многие ученые безуспешно пытались создать мембрану, которая не давала бы молекулам спирта проходить в катодный отсек. Авторы нового исследования, опубликованного в журнале Renewable and Sustainable Energy Reviews, пошли другим путем: они создали топливный элемент без мембраны.
Когда мембрана удаляется, метанол или этанол реагируют с кислородом, как и в обычных топливных элементах. Чтобы предотвратить падение напряжения, ученым пришлось разработать селективные электроды в катодном отсеке. Эти электроды остаются неактивными в присутствии молекул спирта, но чувствительны к кислороду, благодаря которому происходит реакция окисления и вырабатывается электричество.
Согласно исследователям, такой топливный элемент сможет питать портативную электронику, такую как мобильные телефоны, и микросистемы, такие как датчики загрязнения воздуха. В отличие от обычных батарей, которые хранят электричество и должны быть заряжены, топливные элементы продолжают производить энергию до тех пор, пока есть топливо.
Отходы от производства бумаги превратили в полезные химикаты
Лаборатория министерства энергетики США придумала способ, с помощью которого можно перерабатывать отходы от производства бумаги. Из них можно получить полезные материалы с добавленной стоимостью.
Группа исследователей из лаборатории Эймса Министерства энергетики США обнаружила способ преобразования отходов от производства бумаги в ценные химические прекурсоры для производства нейлона. По сравнению с другими методами этот процесс гораздо более экологичен с точки зрения используемого растворителя и потребляемой энергии. Если власти страны одобрят его, то он станет полезной альтернативой сжиганию отходов целлюлозно-бумажного производства.
Лигнин — основной отход целлюлозно-бумажной промышленности, в США вырабатывается около 50 млн. тонн в год. Лигнин, как правило, сжигается для получения тепла, однако в результате этого процесса в окружающую среду выбрасывается огромное количество углекислого газа.
Исследователи лаборатории обнаружили, что при обработке лигнина водным гидроксидом натрия при температуре около 200 °C образуется гваякол — он же содержится в продуктах сухой перегонки древесины лиственных и хвойных пород. Затем гваякол можно преобразовать в нейлоновые прекурсоры в еще более мягких условиях с использованием соответствующих катализаторов. Так исследователи пришли к созданию материала с использованием двухступенчатого процесса.
«Этот процесс позволяет использовать лигнин по новому. Например, в производстве востребованных химических веществ с высокой добавленной стоимостью, — отметили исследователи. — Мы рассматриваем этот процесс как низкоэнергетический путь, в результате которого оставшиеся отходы могут быть переработаны в другие химические продукты на интегрированном заводе по переработке».
Экстракт из личинок мух эффективен в борьбе с патогенами растений
Среди разнообразных болезней сельскохозяйственных растений, с которыми приходится бороться в агропромышленности, значительное место занимают бактериальные. Самый распространенный способ борьбы с ними в настоящее время — это обработка антибиотиками, однако за годы борьбы бактерии стали к ним устойчивыми. Кроме того, антибиотики не всегда действуют направленно на определенный тип бактерий и поражают как вредные, так и полезные для растения микроорганизмы.
В поиске альтернативного способа защиты растений от патогенных микроорганизмов ученые МФТИ обратились к исследованию жира, выделяемого из личинок мухи «Черная львинка». Было выдвинуто предположение, что его можно использовать для разработки противомикробного препарата.
«Черная львинка» — это разновидность мухи родом из Южной Америки. Насекомое обитает в дикой среде, однако благодаря свойствам личинок, а именно большому содержанию белков и жиров под хитиновым покровом при непритязательности к питанию, их стали разводить в специальных хозяйствах в промышленных масштабах. Личинок используют, например, для корма сельскохозяйственных животных, на рыбных фермах, как в «сыром» виде, так и в форме белкового экстракта, который выделяют разными способами.
В ходе исследования ученые из лаборатории МФТИ использовали жир (субстанцию из белков и жирных кислот) личинок «Черная львинка», полученный путем механического выжимания под прессом. В данной работе для экстракции биологически активных соединений из жира биологи опробовали 20 различных органических растворителей. В результате исследований аспиранта МФТИ из Египта Мохамеда Хекаля и научного руководителя проекта Елены Марусич был выбран состав из воды, метанола и соляной кислоты, который позволил выделить более 4% активных жирных кислот из исходного жира. Метанол помогает жирным кислотам растворяться в воде, а кислая среда стабилизирует полученную смесь. Это оказалось в 50 раз эффективнее, чем все применявшиеся до этого технологии.
«Нам удалось подобрать правильное соотношение растворителей, позволивших выделить интересующую нас группу химических соединений. Полученный экстракт обладает антимикробной активностью, и мы показали, что он работает значительно эффективнее антибиотиков. Фактически он может потенциально заменить антибиотики в сельском хозяйстве для борьбы с фитопатогенами», — комментирует Елена Марусич, заместитель заведующего лабораторией разработки инновационных лекарственных средств и агробиотехнологий МФТИ. Работа опубликована в журнале Microorganisms.
Антибактериальный эффект полученного экстракта был протестирован на пяти видах патогенных бактерий, поражающих растения. Для этого бактерии выращивали на чашках Петри, после чего помещали на них диск фильтровальной бумаги, пропитанный экстрактом в специально подобранной концентрации. Эксперименты показали, что в присутствии экстракта из жира мухи патогенные микроорганизмы погибают.
Полученный экстракт обладает способностью бороться с бактериальными патогенами и является стабильным: его можно долго хранить в холодильнике, при этом он не теряет своих антибактериальных свойств.
«Для дальнейшего и более широкого применения в сельском хозяйстве необходимо будет провести дополнительные эксперименты на других актуальных фитопатогенах и выявлить механизмы, лежащие в основе такого антибактериального действия разработанного нами экстракта. Мы хотели бы выразить огромную благодарность Геннадию Иванову — настоящему энтузиасту и зачинателю биотехнологического культивирования личинок этой южноамериканской мухи в России, благодаря которому у нас появилась возможность осуществить такое важное исследование», — добавляет Сергей Леонов, руководитель лаборатории разработки инновационных лекарственных средств и агробиотехнологий МФТИ.
