Деньги из воздуха. Как победить парниковый эффект и обеспечить человечество топливом

"Из-за вращения корабля звезды пробегали мимо иллюминатора, от этого становилось еще муторнее. Слева, покачиваясь, выкатилась Большая Медведица, прошла почти подо мной и ускользнула вправо, через несколько секунд она появилась снова… Потом мы отправились на гидропонные фермы, но там ничего особенно интересного не оказалось: просто множество растений — их выращивали, чтобы возмещать кислород, потребляемый нами во время дыхания". Ракетный корабль "Галилей", описанный Робертом Хайнлайном в одноименном романе, воплощал мечту нескольких поколений фантастов о длительных космических путешествиях. Спустя без малого 70 лет со времени первой публикации "Галилея" ученые, кажется, поняли, какой будет гидропоника этого корабля.

Находка Эрба

Каждый школьник знает, что растения поглощают углекислый газ и выделяют кислород благодаря фотосинтезу. В этом процессе есть два основных этапа: световой, когда энергия Солнца трансформируется в энергию химических связей (например, АТФ), и темновой, когда происходит восстановление углекислого газа с образованием веществ, необходимых клетке. Проблема в том, что происходит это очень медленно, поэтому использовать естественный фотосинтез в промышленных масштабах было невыгодно. Биохимики из института Макса Планка (Германия) утверждают, что нашли способ перерабатывать углекислый газ в 2–3 раза быстрее и тратя на 25% меньше энергии.

Цепь химических реакций, происходящих в темновой фазе фотосинтеза, называют "циклом Кальвина". Один из важнейших участников этого процесса — рибулозобисфосфаткарбоксилаза (RuBisCO) — самый распространенный фермент на планете, заведующий присоединением CO2, который содержится в большинстве растений. Группа ученых во главе с доктором Тобиасом Эрбом из института Макса Планка осуществила занятный проект — заменила RuBisCO более эффективным синтетическим катализатором. Чтобы получить новый фермент, названный ECR (Enoyl-CoA Carboxylase/Reductase), разработали несколько вариаций, выбирая из них самые активные. При этом ученые заимствовали естественные ферменты, выделенные из девяти видов разных живых организмов. В результате была разработана альтернатива циклу Кальвина — цикл CETCH (crotonyl-CoA/ethylmalonyl-12 CoA/hydroxybutyryl-CoA), в котором углерод, высвобожденный из углекислого газа, реагирует с уксусной кислотой и образует яблочную кислоту.

"Простая" формула. Так выглядит цепочка преобразований цикла CETCH

Организм будущего

"Речь идет об альтернативном варианте фотосинтеза, более эффективном, чем тот, который создала природа, правда, пока он существует только в пробирке, но и это уже прорыв", — говорит Кирилл Пыршев, младший научный сотрудник Института биохимии имени Палладина НАН Украины. По его словам, в новом цикле участвуют 17 ферментов, из них 14 существовали ранее, а три были специально синтезированы. "Подобрать их — колоссальная работа, насколько мне известно, в проекте участвовали не только сотрудники института Макса Планка, но и ученые из Высшей технической школы Цюриха, а также Объе­диненного института генома в Калифорнии", — отмечает эксперт. По его словам, результатом работы ученых может быть отдельная органелла, синтезирующаяся в клетке или добавляемая искусственно. "К примеру, уже существуют бактерии, синтезирующие пластик, спирт, инсулин, глицерол. Если внедрить в них цикл CETCH, можно получать все это, по сути, из воздуха", — рассуждает биохимик.

У самого Тобиаса Эрба пока нет ясного представления о том, как следует использовать его разработку, но западная пресса уже называет ее предтечей новой биотехнологической революции. Для того чтобы говорить о практическом применении цикла CETCH, нужно интегрировать его в живой организм, и условия промышленного использования находки Эрба будут зависеть от свойств этого организма.

Сегодня человечество добывает углерод из недр земли. Нефть и уголь — остатки растений и живых организмов, запасавших углерод из воздуха много столетий назад. Научившись получать углерод из воздуха в промышленных масштабах, можно создать дешевую и экологически полезную альтернативу полезным ископаемым. "Использовать углерод для производства топлива в перспективе вполне реально, — подчеркивает биохимик. — Вопрос только в том, станут ли власти финансировать научные разработки в этом направлении. Вообще, химики-органики могут получить из углерода что угодно — от лекарств до битума для дорог. Кстати, интересно было бы имплементировать эту систему в дорожное полотно и забирать СО2 именно там, где ездят автомобили".

Прощай, смог. Жители Пекина, по которому ездит более 5 млн автомобилей, скоро смогут дышать полной грудью. Как и жители других мегаполисов — если искусственным фотосинтезом заинтересуется промышленность

Экорай

Промышленники особого энтузиазма по поводу разработки Эрба пока не выражают, но экологи уже захлопали в ладоши. В американской научно-популярной периодике цикл CATCH называют идеальным средством для борьбы с парниковым эффектом. Теоретически, отбирая лишний СО2 из атмосферы, можно было бы отказаться от существующих квот на выброс углекислого газа и других нормативных инструментов ограничения роста промышленных мощностей. Только представьте: несколько десятилетий спустя знаменитый пекинский смог уйдет в историю, да и в других мировых мегаполисах люди тоже смогут дышать полной грудью. А начать можно с малого, скажем, с портативных бытовых установок для очистки воздуха в квартире.