Ученые из Университета штата Северная Каролина с помощью суперкомпьютера из Питтсбургского суперкомпьютерного центра изучили на молекулярном уровне процесс превращения целлюлозы в биомасло - предшественника нефти и других видов биотоплива. Данное исследование может помочь в создании высокоэффективных технологий превращения дешевой биомассы, вроде отходов деревообработки, в топливо, сообщает CNews - Наука и разработки.
Целлюлоза - самое распространенное органическое соединение на Земле. Это основной структурный компонент клеточных стенок растений, который можно превратить во множество полезных продуктов, в том числе в жидкое топливо для автомобилей и самолетов.
Американские химики смогли вычислить, что происходит на молекулярном уровне в процессе быстрого нагрева древесины в отсутствие кислорода. Этот высокотемпературный процесс называется пиролиз и является основным способом переработки целлюлозы в биотопливо. Результаты исследования могут сделать производство горючего из биомассы гораздо более рентабельным.
Большая часть энергии древесины содержится в целлюлозе, которая, по сути, представляет собой цепи более простого сахара - глюкозы. Суперкомпьютер помог ученым детально изучили структуру механизма распада глюкозы при нагревании. К удивлению исследователей, оказалось что молекулы воды и даже глюкоза сама по себе могут служить катализаторами распада глюкозы.
Расчеты показывают, что хотя продукты пиролиза D-глюкозы, D-фруктозы, сахарозы и целлюлозы отличаются, элементарные реакции, по всей видимости, одинаковые и отличаются только соотношением компонентов.
Напомним, самая распространенная в настоящее время биогенная теория исходит из того, что нефть и природный газ образовались из остатков растительных и животных организмов в ходе многоступенчатого процесса, длившегося от 50 млн до 350 млн лет. Согласно этой теории, запасы нефти невосполняемы и все ее месторождения когда-нибудь иссякнут, так как для образования нового биотоплива из нынешних органических остатков тоже потребуются миллионы лет.
Теперь, зная специфику процесса пиролиза, ученые смогут легко спрогнозировать эффективность извлечения энергии из различных видов древесины, растущих на различных типах почв. В настоящее время исследователи проводят эксперименты для проверки своих расчетов.
Также отметим, что создание суперкомпьютеров стало делом принципа для ведущих технологических держав, поскольку эти машины ценятся за помощь в решении проблем отраслей национальных интересов - обороне, энергетике, финансах и науке. Суперкомпьютерные технологии также интересуют бизнес: нефтегазовые корпорации используют их для поиска месторождений, а биржевые брокеры - для автоматизации электронных торгов.
В США суперкомпьютерные центры нередко предлагают свои мощности ученым из других научных центров, университетов и корпораций, что открывает перед исследователями небывалые возможности. Они смогут обмениваться сложными моделями и использовать невероятные вычислительные мощности. Доступ к флагманским вычислительным устройствам обещает ученым новые высоты в самых разных науках.
