Нефть научились выращивать в пробирке

Разразившийся энергетический кризис привел к тому, что ученые стали пробовать производить искусственную нефть. Российские и японские специалисты создали установки, которые получают нефть из воды и карбонатов. Ученые из США нашли водоросль, которая в незначительных количествах синтезирует углеводороды, внедрили ее гены в дрожжи и в итоге получили биологический реактор, создающий нефть биогенной природы.

Из закона сохранения массы следует, что никакое вещество из ничего не может появиться. Этот означает, что те запасы углеводородов в земных недрах, которые человечество извлекает и затем уничтожает во все больших количествах, рано или поздно закончатся. Это относится и к нефти, а возможно, и в самой большей степени. Постоянные прогнозы о дате исчерпания нефтяных запасов на планете весьма пессимистичны, часть из них говорит о том, что «черное золото» иссякнет в середине текущего столетия, другая часть – что в конце. В любом случае это приведет к полному краху мировой экономики, если к тому времени основным видом топлива по-прежнему будут нефтепродукты.

Однако есть и такие специалисты, которые полагают, что пессимисты сильно сгущают краски. Ведь все расчеты, утверждают они, проводятся на основе нынешних запасов, то есть на данных разрабатываемых месторождений. А ведь есть еще достаточное количество месторождений, разработка которых еще не началась, а еще больше тех, которые еще даже не разведаны. Истощение старых запасов является мощным стимулом поиска новых, а старые законсервированные месторождения тем временем восстанавливаются.

И часть правды в этих словах есть – нефть действительно может восстанавливаться. То есть, процесс нефтеобразования происходил, происходит и будет происходить и в  будущем. И происходит образование нефти двумя различными способами: неорганическим и биогенным. Первый на данный момент изучен недостаточно, причем некоторые ученые вообще сомневаются, что он имеет место быть, поэтому какова его скорость – никто не знает.  Общий принцип этого метода основан на предположении, что во время процесса радиоактивного распада, происходящего ближе к ядру планеты, образуется водород, который, проникая в мантию, взаимодействует с углеродом, образуя простейшие углеводороды, которые со временем превращаются в более сложные, в том числе и в нефть.

Виталий Флид, доктор химических наук, завкафедрой физической химии Московской академии тонких химических технологий, по этому поводу говорит следующее:

- В недрах планеты при взаимодействии водорода и углерода образуется метан. Этот достаточно легкий газ из земных недр по имеющимся каналам в горных породах проникает к поверхности, по ходу движения образуя более сложные соединения посредством химических реакций. Так и образуется нефть. Этот способ и называется неорганическим. Некоторые геологи говорят, что есть месторождения, в которых нефть была полностью исчерпана, а через некоторое время она там снова появилась. Вполне вероятно, что это как раз та самая «неорганическая» нефть из глубин планеты, которая в обозримом будущем не закончится.  При этом многие страны, например, в России и Японии, уже созданы экспериментальные установки, которые производят нефть неорганическим методом. Основой работы этих установок является образование углеводородов из воды и карбонатов с двухвалентным железом в качестве катализатора. Химики подтвердят, что при смешивании раствора соли железа с карбоната магния или кальция и затем нагреть раствор при высоком давлении, совершенно достоверно получаются углеводороды, из которых впоследствии легко можно получить нефть, обладающую определенными характеристиками.

Так что же, тревога мировой общественности напрасна? На деле все не так однозначно.  Некоторые расчеты, проведенные геофизиками, показывают, что неорганический синтез нефти происходит очень медленно, и при этом доля такой нефти в мировых запасах незначительна. А если говорить об установках синтеза нефти, то они требуют для своей работы столько энергии, что почти вся произведенная нефть с трудом покрывает эту потребность. Поэтому о промышленных масштабах говорить пока что не приходится.

Именно поэтому ученые занялись исследованиями, являющимися на их взгляд более перспективными – биогенного способа образования нефти. Скорее всего, абсолютное большинство мировых запасов нефти возникло именно таким способом. Наиболее схематично этот вариант можно описать так: в те древние времена, когда климат на Земле был равномерно теплым и благоприятным (это могло быть в мезозое или раннем палеозое), в океанах и морях обитало громадное количество различных микроорганизмов и планктона (намного большее, чем в наши дни). После смерти все эти организмы падали на морское дно, образуя многометровый слой осадков органического происхождения, и скорость образования таких пластов превышала скорость их разложения.

Результатом этого процесса явилось погребение целых пластов органики под неорганическими более поздними отложениями (соль, сланец). В результате тектонической активности некоторые из этих зон оказались в континентальных толщах. Все это время в них происходил разогрев органики от температуры 50 градусов и выше. Вот как раз этот процесс и привел к образованию веществ, одно из которых мы называем нефтью.

Совсем недавно группа американских ученых точно установила, какие микроорганизмы принимали непосредственное участие в процессе биогенного синтеза нефти. Исследователи под руководством профессора Джо Чаппела (Университет Кентукки) выяснила, что практически все образцы нефти, взятые из разных месторождений, содержали фрагменты генома водоросли Botryococcus braunii. А самое главное, фрагменты ДНК этих микроорганизмов преобладало над следами других видов бактерий и микроскопических водорослей в сотни раз. Ученые установили, что первые образцы данной водоросли обнаружены 500 миллионов лет назад, то есть в кембрийском периоде, и существуют и сейчас, продолжая заниматься своим «черным» делом.

Botryococcus braunii - зеленые водоросли, встречающиеся практически во всех акваториях Земли. Они образуют огромные плавающие колонии, которые состоят из миллионов микроскопических клеток округлого вида (размер одной клетки - несколько десятков микрон) с достаточно толстыми оболочками. Самая занимательная для ученых способность этой водоросли - то, что она научилась синтезировать различные углеводороды с образованием «водорослевого масла». Интересно, что такое «масло» очень похоже на нефть по своему химическому составу. Для колонии микроорганизмов оно является средством увеличения плавучести. Множественные наблюдения показали, что клетки чаще всего выпускают «масло» в окружающую их воду, поэтому вся их колония оказывается среди тонкой радужной пленки, которая дает возможность клеткам не тонуть и дольше держаться на поверхности.

Следует заметить, что данное «масло» не является нефтью в прямом смысле этого слова. Но при нагреве под большим давлением быстро в нее превращается.

Следовательно, по утверждению американских ученых, вместо того, чтобы тратить немалые средства на разведку нефтяных месторождений, буровые работы и добычу нефти из глубоких скважин, нужно просто наладить процесс культивирования данной водоросли в масштабах, достаточных для промышленного производства.

Однако и здесь не обошлось без серьезной проблемы. Оказывается, Botryococcus braunii растет крайне медленно, поэтому не очень пригодна в качестве промышленного источника для воспроизводства органической нефти. Однако для этой проблемы есть решение – ученые отлично знают, какие конкретные гены этой водоросли ответственны за производство углеводородов. Было решено искусственно внедрить их в тела других, менее капризных организмов. Например, в отличающиеся бурным ростом клетки дрожжей. Эксперимент такого рода прошел весьма успешно, и теперь в США уже создана первая в мире дрожжевая культура, которая может производить органическую нефть.

Ученые полагают, что применение генов Botryococcus braunii дает колоссальное преимущество, поскольку этот микроорганизм имеет совершенно уникальный механизм синтеза углеводородного сырья на молекулярном уровне. Подобными свойствами не обладает ни один известный науке микроорганизм, что и доказано огромными запасами угля и нефти, созданными Botryococcus braunii миллионы лет назад. Перенос уникальных генов водоросли, ответственных за синтез и выделение в окружающую среду углеводородов,  в быстрорастущий организм даст возможность создавать достаточно дешевые и при этом очень эффективные биологические реакторы, способные производить топливо в необходимом количестве.

И если человечеству удастся «приручить» уникальную нефтесинтезирующую водоросль, то энергетический кризис можно смело откладывать на потом. Каждая страна сможет с использованием генетически модифицированных дрожжей  производить нефть в количествах, достаточных для удовлетворения собственных нужд. И при этом совсем не зависеть от импорта нефти со стороны...
По материалам ukragroconsult.com