На помощь приходит искусственная жизнь

А что, если изменения возникнут внутри этих гигантских углеводородных крепостей? В 2010 году Эмиль Джейкобс, вице-президент по исследованиям и развитию корпорации ExxonMobil,[525] объявил о запуске беспрецедентного шестилетнего проекта стоимостью 600 млн долларов по разработке нового поколения биотоплива. Конечно, биотопливо первого поколения – в основном получаемый из кукурузы этиловый спирт – было настоящей катастрофой.[526] Оно причинило большой ущерб экологии и отняло у сельского хозяйства миллионы акров площадей, что привело к резкому увеличению цен на продовольствие. Но новое биотопливо Exxon не использует сельскохозяйственные культуры и не требует значительных земельных территорий. Вместо этого Exxon планирует выращивать свое биотопливо из водорослей.

Министерство энергетики США считает, что водоросли могут производить в тридцать раз больше энергии на один акр,[527] чем более традиционные виды биотоплива. Более того, поскольку ряской зарастает практически любой стоячий водоем, она сейчас тестируется на нескольких крупных электростанциях в качестве поглотителя углекислого газа.[528] Дымовые трубы выведены в водоемы, и водоросли поглощают COЭто замечательная технология, но, чтобы скорее воплотить ее в реальность, Exxon объединилась с «хулиганом от биологии» Крейгом Вентером и его компанией Synthetic Genomics Inc. (SGI).[529]

Для изучения методов выращивания водорослей и технологий извлечения нефти Exxon и SGI построили новую испытательную станцию в Сан-Диего. Вентер называет ее «перевалочный пункт для водорослей». Солнечным днем в феврале 2011 года для меня провели экскурсию по этому месту. Снаружи здание выглядит как высокотехнологичная теплица: чистые пластиковые панели, белые распорки, двери со шлюзовыми устройствами. Когда мы вошли в одну из таких дверей, Пол Ресслер,[530] возглавляющий проект, объяснил основные принципы: «Нашему биотопливу нужны три вещи: солнечный свет, CO₂ и морская вода. Причина, по которой мы пользуемся морской водой, заключается в том, что мы не хотим занимать сельскохозяйственные земли и пользоваться водой, которая идет на сельское хозяйство. CO₂ – это более сложная проблема. Вот почему тут подошла бы секвестрация CO₂: этот метод и замедляет глобальное потепление, и предоставляет концентрированный источник».

Мы проходим через еще одну дверь – и оказываемся внутри главного помещения размером с футбольное поле, в котором практически ничего нет, если не считать полудюжины чанов с водорослями и большого плаката «Жизнь клетки» на стене. Ресслер показывает на плакат. «Не знаю, насколько хорошо вы помните школьную программу по биологии, но фотосинтез – это способ, с помощью которого растения превращают энергию света в химическую энергию. В течение дня растения используют солнечный свет, чтобы расщепить воду на водород и кислород, потом соединяют все это с углекислым газом, и в результате получается углеводородное топливо, которое мы называем „бионефть“: обычно растения используют его ночью для восстановления. Наша цель – научиться надежно и в больших количествах производить эту бионефть».

Вентер, тоже присоединившийся к экскурсии, вмешивается в разговор: «Пол слишком скромен. На самом деле он нашел способ заставить клетки водорослей добровольно выделять накопленные ими липиды, превращая эти клетки в микрофабрики». Ресслер подхватывает объяснение: «Теоретически, как только процесс будет отлажен, мы сможем сделать его непрерывным и потом просто „собирать урожай“ бионефти. Клетки будут постоянно ее производить. Нам не нужно будет собирать сами клетки – достаточно просто собрать бионефть, которую они будут выделять».

Это весьма эффективная технология. «Если сравнить с более традиционными видами биотоплива, – говорит Вентер, – то кукуруза дает 18 галлонов с акра в год (около 170,3 литров с гектара), а пальмовое масло – 625 галлонов (ок. 5915 л/га). А эти модифицированные водоросли, как мы планируем, дадут 10 000 галлонов с акра в год (ок. 94 635 л/га). И мы хотим наладить непрерывное производство на площади в две квадратные мили».

Давайте посчитаем: две квадратные мили – это 1280 акров. 10 000 галлонов умножить на 1280 – это 12,8 млн галлонов, то есть 48,45 млн л топлива в год. С учетом сегодняшнего среднего расхода топлива в США (25 миль на галлон, то есть примерно 10,58 км/л)[531] и среднего годового пробега (12 000 миль, то есть примерно 19 200 км) выходит, что две квадратных мили водорослевой фермы будут производить достаточно топлива, чтобы хватило примерно на 26 тысяч автомобилей. А какая площадь требуется, чтобы заправить все автомобили Америки? Сейчас в США примерно 250 миллионов автомобилей – значит, необходимо 18 750 квадратных миль, то есть примерно 0,49 % континентальной территории США (или 17 % территории штата Невада). Совсем не плохо. И представьте себе, что произойдет, когда наши машины смогут проезжать 40 км на один литр топлива, а всё больше водителей будут пересаживаться в электрические автомобили.

Даже если SGI не добьется цели, Exxon – не единственный участник этой гонки. LS9, энергетическая компания из Сан-Франциско, объединилась с корпорацией Chevron (и с Procter & Gamble),[532] чтобы разработать собственное биотопливо, а неподалеку оттуда, в Эмеривилле, штат Калифорния, компания Amyris Biotechnologies таким же образом создала альянс с Shell.[533] Корпорация Boeing и авиакомпания Air New Zealand[534] начинают разрабатывать авиационное топливо на основе водорослей, а некоторые компании уже успели зайти еще дальше. Авиакомпания Virgin Airlines уже сейчас заправляет свои «Боинги-747»[535] топливной смесью, частично состоящей из биотоплива на основе кокосового масла и пальмового масла бабассу, а компания Solazyme,[536] базирующаяся в Сан-Франциско, в 2010 году поставила ВМФ США 1500 галлонов водорослевого биотоплива, выиграв таким образом тендер еще на 150 000 галлонов. Тем временем Министерство энергетики финансирует три разных проекта производства биотоплива,[537] а организация Clean Edge,[538] которая занимается мониторингом рынков возобновляемой энергии, сообщает в своем десятом ежегодном обзоре индустрии, что общая стоимость биотоплива, произведенного в 2010 году, составила 56,4 млрд долларов – и планируется, что к 2020 году она достигнет 112,8 млрд.

Очевидно, что интерес к дешевым видам топлива с нейтральным уровнем эмиссии углерода сейчас беспрецедентно высок, но не все проблемы еще решены. Ни одна из вышеупомянутых компаний (как и ни один из их не упомянутых здесь конкурентов) пока не придумала, как сделать эти технологии повсеместными. Чтобы действительно удовлетворить наши потребности, говорит Стивен Чу,[539] производство биотоплива должно увеличиться в миллион – а возможно, даже в десять миллионов раз. С другой стороны, он напоминает, что такие же ученые, как те, что работают сегодня над биотопливом, смогли наладить массовое промышленное производство лекарств от малярии. «Так что вероятность имеется, – говорит он, – а учитывая профессиональный уровень ученых, принимающих участие в решении проблемы, то я бы хотел верить, что даже высокая вероятность».

Но Министерство энергетики не рассчитывает только на биотопливо в решении проблемы энергетического изобилия. Его также весьма интересует возможность «хакнуть фотосинтез». Инициатива SunShot финансирует Объединенный центр искусственного фотосинтеза (Joint Center for Artificial Photosynthesis, JCAP)[540] – межинститутский проект стоимостью 122 млн долларов, который совместно ведут Калтех, Беркли и Ливерморская национальная лаборатория имени Лоуренса. Задача JCAP – разработать поглотители солнечной энергии, катализаторы, молекулярные линкеры и разделительные мембраны – все необходимые элементы искусственного фотосинтеза. Говорит доктор Гарри Этуотер, директор Центра исследований устойчивой энергетики Калтеха, один из ведущих исследователей JCAP:[541]

Мы разрабатываем искусственный процесс фотосинтеза. Под искусственным я имею в виду то, что во всей системе нет ни одного живого или органического компонента. Мы, по сути дела, превращаем солнечный свет, воду и CO₂ в топливо, которое можно хранить и транспортировать, – мы называем его «солнечное топливо» – и делаем это для того, чтобы удовлетворить ²/₃ наших потребностей в энергии, которые не может покрыть обычная фотоэлектрическая энергетика.

Этим солнечным топливом можно будет не только заправлять наши автомобили и согревать наши дома. Этуотер верит, что сможет увеличить эффективность фотосинтеза в десять, а возможно, и в тысячу раз – и это означает, что солнечные виды топлива полностью заменят ископаемые виды. «Мы приближаемся к критическому переломному моменту, – говорит он. – Есть большая вероятность того, что через тридцать лет мы будем спрашивать себя: „Боже мой, зачем мы вообще когда-то сжигали углеводороды, чтобы добыть тепло и энергию?“»