Біотехнологічне виробництво водню

Біотехнологічне виробництво водню — метод одержання водню за допомогою водоростей. Одного разу вчені Каліфорнійського університету в Берклі провели дослід і виявили, що, якщо водоростям не давати кисень і сірку, то вони повернуть свій фотосинтез в бік водню (H). І виявилося, що для виробництва водню підходять морська вода і каналізаційні стоки. Його виробляють водорості Chlamydomonas reinhardtii.

Мікробіологічне отримання водню

Воднеутворюючі мікроорганізми широко поширені в природі. Наприклад, зростаюча культура Rhodopseudomonas capsulata виділяє 200–300 мл водню на 1 г сухої біомаси[1]. Мікробіологічне утворення водню може йти із сполук вуглеводного характеру (крохмаль, целюлоза).

Біофотоліз води

Біофотоліз води — фоторозкладання води на водень і кисень за участю мікробіологічних систем. Виробництво водню відбувається в біореакторі, що містить водорості, які за певних умов виробляють водень. Наприкінці 90-х років XX ст. було показано, що в умовах нестачі сірки біохімічний процес виробництва кисню, тобто нормальний фотосинтез, перемикається на виробництво водню.

Особливості конструкції біореактора
  • Обмеження фотосинтетичного виробництва водню шляхом акумулювання протонного градієнту.
  • Конкурентне інгібування фотосинтезу водню з боку вуглекислого газу.
  • Ефективність фотосинтезу зростає, якщо бікарбонат пов'язаний з фотосистемою II (PSII)
  • Економічна реалізованість. Енергетична ефективність — коефіцієнт перетворення сонячного світла на водень — має досягти 7-10% (водорості в природних умовах досягають в кращому випадку 0,1%).

Основні етапи

2006 рік — дослідники з Університету Білефельда і Університету Квінсленда генетично модифікували одноклітинну водорость Chlamydomonas reinhardtii таким чином, що вона стала виробляти істотно більші кількості водню[2]. Отримана водорость-мутант Stm6 може, протягом довгого часу продукувати в п'ять разів більше водню, ніж її предок, і давати 1,6-2,0% енергетичної ефективності.

2006 рік — неопублікована робота з Каліфорнійського університету в Берклі (програма реалізується організацією MRIGlobal (англ.), За контрактом з Національною лабораторією поновлюваних джерел енергії (англ. обіцяє розробку технології з 10-відсотковою енергетичною ефективністю. Стверджується, що шляхом укорочення стеку хлорофілу Tasios Melis можливо подолати 10-відсотковий бар'єр[3].

Дослідження

2006 — В Університеті Карлсрує розробляється прототип біореактора, що містить 500–1000 л культури водоростей. Цей реактор використовується для доказу реалізованості економічно ефективних систем такого роду протягом найближчих п'яти років.

Економічність

Ферма воднепродукуючих водоростей площею рівний площі штату Техас виробляла б достатньо водню для покриття потреб усього світу. Близько 25 000 км² достатньо для відшкодування споживання бензину в США. Це в 10 разів менше, ніж використовується в сільському господарстві США для вирощування сої[4].

Історія

У 1939 р. німецький дослідник Ханс Гаффрон (англ.), працюючи у Чиказькому університеті, виявив, що водорость Chlamydomonas reinhardtii іноді перемикається з виробництва кисню на виробництво водню[5]. Гаффрон не зміг виявити причину цього перемикання. Протягом багатьох років причину перемикання не вдавалося виявити і іншим вченим. Наприкінці 1990-х років професор Анастасіс Меліс (англ.), працюючи дослідником в Берклі, виявив, що в умовах нестачі сірки біохімічний процес виробництва кисню, тобто нормальний фотосинтез, перемикається на виробництво водню. Він виявив відповідальний за таку поведінку фермент гідрогенази, який втрачає ці функції в присутності кисню. Меліс виявив, що сірчане голодування перериває внутрішню циркуляцію кисню, змінюючи оточення гідрогенази таким чином, що воно стає здатним синтезувати водень[6]. Інший вид водоростей Chlamydomonas moeweesi (англ.) також перспективний для виробництва водню.

Див. також

Література
  • Варфоломеев С. Д., Зайцев С. В., Зацепин С. С. Проблемы преобразования солнечной энергии путем биофотолиза воды. — Итоги науки. М.: ВИНИТИ, 1978

Ресурси Інтернету

Примітки
  1. Кондратьева Е. Н., Гоготов И. Н. Молекулярный водород в метаболизме микроорганизмов. — М.: Наука, 1981. — 342 с.
  2. Архівована копія. Архів оригіналу за 27 вересня 2007. Процитовано 29 серпня 2014.
  3. Christopher Williams (24.02.2006). Pond life: the future of energy - Hydrogen-producing algae breakthrough. Процитовано 29.8.2014. (англ.)
  4. There has been an error — New Scientist
  5. Algae: Power Plant of the Future?
  6. It Came From the Swamp (англ.)
This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.