О получении углеводов из углекислого газа и воды (сообщение 5)
Карпунин Иван Иванович,
доктор технических наук, профессор, профессор кафедры Белорусского национального технического университета, академик МИА.
Согласно [1] физики из Чикаго представили необычную солнечную батарею из наноматериалов, которая по их мнению напрямую использует энергию света для расщепления молекул СО2 и производства угарного газа СО и водорода, из которых можно получать метан, этанол и другие виды биологического топлива. Однако при этом образуются побочные продукты реакции, которые не дают пользы и не способствуют получению биологического топлива из углекислого газа.
При этом в качестве главного катализатора использовали медь для восстановления СО2 в угарный газ и другие виды молекул. При использовании наноматериала – графита и меди совместно 60% СО2 превращается в этанол. Однако полностью не удалось восстановить молекулы СО2 в этилен, этан и другие углеводороды. При этом предполагается, что получаемый спирт можно использовать в качестве биологического топлива для машин, или в качестве вещества для топливных ячеек.
Однако указанная технология имеет ряд существенных недостатков. Во-первых, требуется использование графитовых складок в виде «гармошек» и наночастицы меди. Все это ведет к значительным солидным затратам (получение листов из графена в виде гармошек и использование самого графена и меди). Во-вторых, получается смесь неразделяемых продуктов, а получаемый спирт не пригоден для его использования в пищевой промышленности.
В-третьих, не приводится никакой экономической оценки для получения такого спирта и образовавшихся других продуктов реакции для использования в качестве биологического топлива.: стоит ли использовать такое биологическое топливо для производства энергии. Следует также отметить, что при такой переработке СО2 не получается углеводов, представляющих интерес для использования в пищевой промышленности, а именно получать углеводы непостредственно из углекислого газа и воды, когда не образуются вредные посторонние вещества, кроме углеводов, которые же можно использовать для получения напитков и спирта без всяких осложнений.
Известно [2-5], что при росте растения образуются лигнин и углеводы.
Ранее [6, 7] нами впервые сообщалось о получении углеводов из углекислого газа и воды. Настоящая статья посвящена продолжению этих исследований. Целью проводимых исследований являлось повышение выхода углеводов из углекислого газа и воды в присутствии катализатора в определённом количестве к навеске взятой воды и соотношении входящих в него компонентов. В тоже время [2] не указан вид использованного катализатора и его количество введения в реакционную смесь, а также не была указана интенсивность облучения УФ-светом, что является предметом «ноу-хау» (know how).
Наиболее вероятной итоговой реакцией образования гексоз из углекислого газа и воды, по-видимому, является 6CO2+ 6H2O=C6H12O6 + 6O2, пентоз -10СО2 +10Н2О=2С5 Н10О4 + 11О2 .
Влияние источников света на протекание физиологических процессов in vivo и на биосинтез различных веществ в растениях изложено в литературе [1-4].
Использование предлагаемого способа позволяет непосредственно получать углеводы из углекислого газа и воды. Сам же углекислый газ и вода широко используются для изготовления газированных напитков. Использование нами предлагаемого способа позволит получать напитки без добавления сахара, так как углеводы, как установлено нами, образуются непосредственно из углекислого газа и воды в присутствии катализатора и добавляемых хлорофилла и сопутствующих ему веществ (ксантофилла и каротина).
Как известно, для получения углеводов выращивают растения (например, сахара из свеклы или сахарного тростника). Для этого требуются длительное время выращивания культуры, уход за посевами, уборка урожая и использование технологии получения из них сахара. При этом под действием ультрафиолетовых лучей солнца и хлорофилла в растении происходит образование углеводов (гемицеллюлоз и целлюлозы).
В предложенном нами способе представлена возможность получения углеводов с исключением указанных операций с использованием катализатора при определенном его количестве и концентрации в течении 72-75 часов в присутствии хлорофилла, каратина и ксантофилла без выделения хлорофилла, так как его выделение из растения усложняет технологию получения углеводов.
Наиболее вероятной итоговой реакцией образования гексоз из углекислого газа и воды, по-видимому, является 6CO2+ 6H2O=C6H12O6 + 6O2, пентоз -10СО2 +10Н2О=2С5 Н10О4 + 11О2 .
Влияние источников света на протекание физиологических процессов in vivo и на биосинтез различных веществ в растениях изложено в литературе [1, 2].
Углеводный состав и количественное содержание углеводов определяли при помощи хроматографии газо-жидкостной хроматографии [2, 3].
Из литературных источников [1, 2]
известно, что в результате ассимиляции растениями углекислого газа образуется
d-глюкоза и при этом промежуточным продуктом этой реакции является
формальдегид: СО2 + Н2О= СН2О+О2, 6СН2О=С6Н12О6(глюкоза).
На образование формальдегида в качестве промежуточного продукта фотосинтеза
свидетельствуют опыты по ассимиляции углекислого газа. пурпурными
бактериями, содержащими зеленый пигмент, который напоминал хлорофилл. В
результате превращение углекислоты было представлено в виде уравнения: СО2+
2Н2А =h 
(CH2O) + H2O +2A,
где Н2А – вещество, поставляющее водород для реакции восстановления СО2.
Причем, если веществом поставляющим водород является вода, то выделяется кислород. Однако по данным других исследователей, использовавших радиоактивный изотоп углерода (С11) для исследования процесса усвоения СО2, первая стадия заключается в присоединении углекислоты к альдегидам или спиртам. Эта реакция приводит к образованию оксикислот или кетонокислот, которая протекает без влияния света (относится к реакциям в темноте).
Вторая же стадия заключается в восстановлении кетонной или карбоксильной группы. В результате первая превращается во вторично-спиртовую, а вторая – в альдегидную группу. При этой реакции, где водород отдает вода, выделяется кислород. Эта вторая реакция и для ее протекания требуется влияние света.
Следовательно, формальдегид может и не являться промежуточным продуктом при синтезе углеводов из углекислого газа и воды и, в частности, d-глюкозы.
Для реакции (взамен чистых выделенных хлорофиллов) использовали вместе с хлорофиллом (а и б) ксантофилл и каротин (в определенном соотношении) для упрощения технологии, так как получение чистого хлорофилла усложняет технологию. В результате выход углеводов удалось повысить до 22-24% по отношению к взятой воде для реакции.
Углеводы из углекислого газа и воды получали в стеклянной колбе [6, 7] в присутствии определенного количества катализатора , смеси хлорофилла, ксантофилла и каротина в определенном соотношении. Количество используемой воды для реакции составляло 1 л. Смесь хлорофилла, ксантофилла, каротина и других веществ получали из листьев различных растений по методике согласно [9]. При этом пропускали углекислый газ барботажем при температуре 1000С в течение 72 часов при облучении УФ-светом определенной интенсивности. Химический состав катализатора, вводимое его количество, интенсивность облучения УФ-светом является предметом ноу-хау(know-how). При этом следует заметить, что на основе полученных результатов изготовление установки для промышленного получения углеводов не представляет затруднений. Для этого лишь только следует смоделировать установку в большем масштабе и оптимизировать процесс для производства углеводов. Затем на основе полученных данных следует построить установку в больших размерах.
Литература
1. Https. rambler ru/ 34981916 – nauchills – poluchat – spirt – iz vozduha/
2. Никитин В.М. Лигнин. М.: Гослесбумиздат, 1961.-586 с.
3. Биохимия фенольных соединений. Пер. с англ. Под редакцией Н.М.Эмануэля. М.: Мир.-1988.- 541 с.
4. Никитин Н.И. Химия древесины и целлюлозы. М.-Л.- 1962.-710 с.
5. Лигнины (структура, свойства и реакции). Под реакцией Сарканена К.В. и Людвига К.Х. Пер. с англ. М.: Лесн. пром.- 1975.- 632 с.
6. Карпунин И.И., Карпунин А.В. О получении углеводов из углекислого газа и воды. Сообщение 1//Журнал аспирантов и докторантов. Курск -2015,№3.- С.122.
7. Карпунин И.И. О получении углеводов из углекислого газа и воды. Сообщение 2 // Журнал аспирантов и докторантов. Курск -2015, №4.- С.132-133.
7. Холькин Ю.И. Хроматография в химии древесины. М.:Лесная пр.-сть, 288 с.
8. Карпунин И.И. О получении углеводов из углекислого газа и воды. Сообщение 3. Журнал аспирантов и докторантов. Курск -2015, №.3-С.122.
9. Лазурьевский Г.В.,Терентьева И.В., Шамшурин А.А. Практические работы по химии природных соединений. М.: Высшая школа. -1966.-335 с.
Поступила в редакцию 24.10.2016 г.