Agenci specjalni do spraw energii

Z projektów badawczych słynnej agencji wojskowej DARPA wykluł się Internet. W bliźniaczej ARPA-E stymulują prądem bakterie. A sosnę uczą produkcji paliwa

Sześć milionów dolarów na badanie nowej odmiany sosny. Pięć milionów dolarów na tytoń nowej generacji. Kolejne kilka milionów na badania nad trawą porastającą północnoamerykańskie prerie. Kilkadziesiąt milionów dolarów na "pieszczenie" bakterii prądem.

Brzmi jak szaleństwo?

A chodzi o poszukiwanie nowych pomysłów na energię. Na jej pozyskiwanie, przesyłanie, oszczędzanie i magazynowanie.

 

Z wojska wyszedł Internet, co wyjdzie z energii

Sosna, tytoń i bakterie - wszystkie te projekty hojnie finansuje utworzona trzy lata temu amerykańska rządowa agencja ARPA-E. To akronim od Advanced Research Projects Agency for Energy, czyli Agencji Zaawansowanych Projektów Badawczych nad Energią. Instytucja podlega departamentowi energii i już dysponuje sumą blisko pół miliarda dolarów. Należy też do pupili Białego Domu: w opublikowanym w marcu projekcie budżetu na 2013 rok na wsparcie dla ARPA-E przewidziano kolejne 350 mln dolarów.

Nazwa nie jest przypadkowa, nawiązuje do innej amerykańskiej instytucji badawczej - DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency), podległej Pentagonowi i od ponad pół wieku finansującej badania nad technologiami wojskowymi. Na swoim koncie ma wiele spektakularnych sukcesów z Internetem na czele.

Zobacz także:

Konkurencja dla ropy: zmutowane bakterie produkują paliwo z glonów

Twórcy i szefowie ARPA-E chcą, aby ich agencja odegrała równie inspirującą rolę w badaniach nad energią. W ciągu dwóch ostatnich lat wybrali i wsparli około 150 projektów związanych z energią.

Jeden z nich to poprawienie fotosyntezy w roślinach. Chodzi o to, by rośliny więcej energii słonecznej zmieniały w chemiczną, a tę w większym stopniu wykorzystywały do wytwarzania węglowodorów. Bo fotosynteza jest mało wydajna - roślinom do życia co prawda wystarcza, ale do wydajnej produkcji biopaliw już nie.

Rośliny energetyczne z prawdziwego zdarzenia trzeba więc dopiero stworzyć dzięki biotechnologii i genetycznym manipulacjom.

Jeden z takich dość futurystycznych projektów realizowany jest przez naukowców z Uniwersytetu Stanu Floryda. Na początku tego roku dostali oni sześć milionów dolarów na badania nad nową odmianą sosny, której głównym zajęciem byłoby produkowanie terpentyny.

Terpentyna jest mieszaniną związków organicznych zwanych terpenami. Zastosowań ma wiele: w przemyśle chemicznym (na przykład jako rozpuszczalnik do farb, past do podłóg i innych środków czystości), a w medycynie do nacierania obolałych miejsc. Ale można ją również wykorzystać jako paliwo. W XIX wieku produkowano lampy terpentynowe, a zaraz po II wojnie światowej w Japonii, odciętej wtedy od ropy, Soichiro Honda zbudował swój pierwszy motocykl z silnikiem spalającym właśnie terpentynę.

I do tej tradycji nawiązują badacze z Florydy. Dziś surowiec uzyskuje się przede wszystkim z żywicy sosnowej. A celem biotechnologów jest wyhodowanie sosny, która produkowałaby pięć razy więcej terpenów niż dziś. Oczami wyobraźni widzą wielkie sosnowe plantacje wytwarzające olbrzymie ilości żywicy zamienianej następnie w terpentynowe paliwo do samochodów i samolotów. Przed nimi, jak oceniają, jeszcze 10-15 lat badań.

 

Tytoń nowej generacji

Inna amerykańska placówka naukowa - Lawrence Berkeley National Laboratory - próbuje zmodyfikować tytoń. Dzięki zastosowaniu metod inżynierii genetycznej otrzymano okazy znacznie lepiej gospodarujące światłem słonecznym i węglem. W rezultacie w tytoniowych liściach gromadzą się duże ilości węglowodorów. Nic, tylko zrywać te liście, gdy dojrzeją, i zamiast do wytwórni papierosów oddawać do biorafinerii. Na takie rośliny trochę trzeba będzie poczekać, ale badacze z LBNL właśnie dostali na swoje testy nową pulę pieniędzy - pięć milionów dolarów.

Tytoń to potencjalnie bardzo dobra roślina do prowadzenia takich eksperymentów. Wytwarza mnóstwo biomasy, rośnie szybko, łatwo też poddaje się manipulacjom genetycznym. Węglowodory akumulujące się w tytoniowych liściach można przerobić na benzynę, paliwo lotnicze i do diesla - podkreślają pomysłodawcy badań.

W Berkeley próbują przeprogramować tytoń, a na Uniwersytecie Stanu Kalifornia w Davis - proso rózgowe, popularną trawę porastającą prerie północnoamerykańskie. Tę wieloletnią, bujnie rosnącą nawet w trudnych warunkach roślinę próbuje się wykorzystywać jako biopaliwo, ale do tej pory z niezbyt dobrym rezultatem. Dlatego naukowcy chcą wyhodować okazy, które będą zawierały mnóstwo oleju roślinnego nie tylko w nasionach, lecz także w liściach i łodygach. Jeden hektar takiego zmutowanego prosa rózgowego, wypełnionego paliwem niczym tankowiec, mógłby dostarczać rocznie minimum kilkanaście tysięcy litrów etanolu, czyli w przybliżeniu trzy-cztery razy więcej niż hektar trzciny cukrowej i sześć-siedem razy więcej niż hektar kukurydzy.

 

Aparatura, przy pomocy której James Liao z UCLA zmusił bakterie Ralstonia, trkatując je prądem, do wytwrzenia biopaliwa. Wyniki opisał w marcu w fot. UCLA


Bakterie prądem pieszczone

Wśród tych z pozoru szalonych inicjatyw, które finansuje ARPA-E, są na przykład traktowane prądem bakterie, które w wyniku elektrycznej stymulacji wydzielają biopaliwa.

13 uczelni dostało łącznie 45 mln dolarów na takie badania. Zamieszkujące rozmaite środowiska - od mórz, przez gleby, po jelita ssaków - jednokomórkowce takie, jak Ralstonia eutropha, shewanella, Nitrosomonas europaea czy popularna Escherichia coli, poddaje się manipulacjom genetycznym, aby jak najefektywniej produkowały paliwo z dwutlenku węgla. Na przykład grupa Pameli Silver z Uniwersytetu Harvarda hoduje bakterie shewanella na przewodzie elektrycznym, którym płynie prąd z ogniw słonecznych. Nakarmione prądem mikroby, którym dostarczono również wodę i związki odżywcze, produkują na życzenie benzynę lub olej napędowy. Silver dostała 4,5 mln dolarów na takie eksperymenty.

fot. Foro Energyfot. Foro Energy

Niewyczerpanym źródłem energii odnawialnej jest też wnętrze globu. Na głębokości kilku kilometrów ciepła geotermalnego jest tyle, że spokojnie mogłoby ono ogrzewać całe miasta. Najpierw trzeba się jednak dostać do tych zasobów energii, przebijając się często przez warstwy bardzo twardych skał. ARPA-E dała aż 10 mln dolarów niewielkiej firmie Foro Energy pracującej nad laserami, które mogłyby w tym pomóc. Największym problemem jest przesłanie na dużą odległość wygenerowanej przez laser wiązki światła o dużej mocy. Potrzebny jest specjalny światłowód, który nie zostałby zniszczony podczas transmisji energii. Naukowcy z Foro Energy opracowali taki, a teraz eksperymentują z wierceniem kilkukilometrowych otworów - laser "zmiękcza" skałę, by wiertło łatwo mogło ją drążyć mechaniczne. Fundusze na te próby dostali też od koncernów Chevron, General Electric i ConocoPhillips, ale ARPA-E dała im je tylko w jednym celu: by sprawdzić, czy technologię da się wykorzystać do "szczelinowania geotermalnego", czyli pozyskiwania ciepła z dużych głębokości poprzez pompowanie w skały zimnej wody i odzyskiwanie gorącej.

Za ile lat wszystko to się zdarzy? Szef agencji Arun Majumdar pytany o to zwykle odpowiada: - No cóż, badania to ryzyko: jedni przegrają, inni wygrają. Nie znamy przyszłości. My tylko nad nią pracujemy.

 

Andrzej Hołdys jest dziennikarzem naukowym i popularyzatorem nauki. Publikuje m.in w "Wiedzy i Życiu", "Polityce", "Gazecie Wyborczej".