Учёные научились получать водород из хлебных крошек — это может заменить ископаемое топливо

Химики разработали необычный и перспективный способ получения водорода из пищевых отходов — в частности, из хлебных крошек. Новая технология может стать экологичной альтернативой традиционным методам, основанным на использовании ископаемого топлива.

Исследование, опубликованное в журнале Nature Chemistry, показывает, что обычные пищевые отходы способны заменить нефть и газ в одном из ключевых процессов химической промышленности — гидрогенизации.

Гидрогенизация широко применяется при производстве продуктов питания, пластмасс и лекарств. Этот процесс заключается в добавлении молекул водорода к другим химическим соединениям. Однако сегодня основная масса водорода производится из ископаемого топлива с помощью парового риформинга — энергоёмкой технологии, которая сопровождается выбросом 15–20 килограммов углекислого газа на каждый килограмм водорода.

Именно поэтому поиск экологичных альтернатив является одной из главных задач современной химии.

Учёные решили обратиться к природе. Известно, что некоторые бактерии, включая E. coli, способны вырабатывать водород в бескислородной среде. Исследователи предположили, что если объединить этот биологический процесс с химическим катализом, можно создать устойчивую систему получения водорода без использования ископаемого топлива.

Главной сложностью оказалось подобрать катализатор, который сможет работать в «живой» среде — в воде, при умеренной температуре и без вреда для микроорганизмов.

В эксперименте исследователи выращивали бактерии E. coli в среде с глюкозой, добавляя палладиевый катализатор. Смесь выдерживалась при температуре около 37°C в условиях отсутствия кислорода. В результате удалось достичь эффективности реакции на уровне 94%, что является очень высоким показателем.

Механизм оказался следующим: бактерии вырабатывают водород, который сразу же взаимодействует с металлическим катализатором, закреплённым на клеточной мембране. Таким образом запускается реакция гидрогенизации.

Следующим шагом стало удешевление процесса. Вместо чистой глюкозы учёные использовали хлебные отходы. С помощью ферментов сложные углеводы из крошек расщеплялись до простых сахаров, которыми затем «кормили» бактерии.

Фактически исследователям удалось превратить хлебные отходы в источник водорода.

Более того, учёные пошли ещё дальше и генетически модифицировали бактерии так, чтобы они сами могли производить необходимые для реакции вещества. Это позволяет использовать внутренние метаболические пути клетки для создания нужных соединений.

Результаты оказались впечатляющими: использование биологического водорода позволило снизить выбросы парниковых газов в три раза по сравнению с традиционными методами. А процесс, основанный на хлебных отходах, показал даже отрицательный углеродный след — более чем на 135% ниже стандартных показателей.

Это означает, что технология не только снижает вред для окружающей среды, но и потенциально может компенсировать уже существующие выбросы.

Пока что метод лучше всего работает с простыми органическими соединениями и уступает по эффективности промышленным технологиям. Однако учёные уверены, что это лишь первый шаг.

В дальнейшем они планируют расширить список используемых отходов и адаптировать процесс для промышленного масштаба.

Если технология будет успешно доработана, она может изменить подход к химическому производству, сделав его более устойчивым и экологичным. В будущем заводы смогут использовать отходы пищи вместо нефти и газа, превращая их в ценные химические продукты и энергию.