Наноматериалы увеличили производство биотоплива из микроводорослей

Исследователи из Университета Техаса в Эль-Пасо продемонстрировали, как нанотехнологии могут значительно увеличить производство биотоплива из микроводорослей. Команду возглавил Хамидреза Шарифан, доктор философии, доцент кафедры химии и биохимии (слева), в неё также вошли Луис Салмерон Коваррубиас, студент-эколог (в центре), и Кавита Белури, аспирантка по экологической инженерии. Автор: The University of Texas at El Paso.

По мере роста мирового потребления энергии увеличивается и спрос на возобновляемые источники, такие как биотопливо, особенно в транспортном секторе. Теперь исследователи из Университета Техаса в Эль-Пасо показали, как нанотехнологии могут значительно улучшить производство биотоплива из микроводорослей, предлагая устойчивый путь развития.

Исследование, недавно опубликованное в журнале ACS Applied Bio Materials, сосредоточено на микроводоросли Chlorella vulgaris — быстрорастущем виде, часто встречающемся в пресной воде и используемом для производства биотоплива. Команда под руководством Хамидрезы Шарифана продемонстрировала, что контролируемые дозы наночастиц оксида цинка (ZnO) могут значительно увеличить содержание липидов в организме, включая триацилглицерин, используемый для производства биотоплива.

При нормальных условиях роста исследователи наблюдали, что клетки C. vulgaris содержали около 14% липидов. Однако при воздействии умеренных концентраций (30–50 мг/л) синтезированных наночастиц ZnO содержание липидов в клетках увеличивалось до 48% от их массы — более чем в три раза по сравнению с исходным уровнем — без значительного вреда для клеток.

«Иногда, когда люди испытывают стресс, они набирают вес или, другими словами, накапливают больше липидов, — объяснил Шарифан. — Мы обнаружили, что нечто подобное происходит с клетками микроводорослей, когда мы вызываем у них стресс, в нашем случае — воздействием наночастиц оксида цинка, из-за эффекта активных форм кислорода».

Автор: ACS Applied Bio Materials (2025). DOI: 10.1021/acsabm.5c00300

Команда также обнаружила, что более высокие концентрации ZnO (свыше 50 мг/л) вызывали окислительное повреждение клеток, снижая их потенциал для производства биотоплива, что подчеркивает важность пороговых уровней.

Помимо этих результатов, исследователи разработали «Индекс пригодности для биотоплива» (BSS) — новую масштабируемую систему оценки и оптимизации условий производства биотоплива. Шарифан пояснил, что BSS интегрирует множество факторов, предоставляя практические рекомендации для будущих стратегий устойчивого производства энергии.

«Это исследование является примером инновационной работы наших учёных по решению глобальных энергетических проблем, — сказал Роберт Киркен, декан Колледжа наук UTEP. — Работа команды значительно углубляет наше понимание устойчивых решений в области биоэнергетики, закладывая основу для важных экологических приложений».

Теперь исследовательская группа продолжит совершенствовать свой процесс, надеясь продемонстрировать его жизнеспособность в крупных масштабах, возможно, используя другие виды микроводорослей, способные развиваться в таких средах, как сточные и солёные воды.

Дополнительная информация: Luis Pablo Salmeron Covarrubias et al, Advanced Nanoenabled Microalgae Systems: Integrating Oxidative Stress-Induced Metabolic Reprogramming and Enhanced Lipid Biosynthesis for Next-Generation Biofuel Production, ACS Applied Bio Materials (2025). DOI: 10.1021/acsabm.5c00300

Источник: University of Texas at El Paso