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[ред. | ред. код]
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[ред. | ред. код]
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[ред. | ред. код]
- 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[ред. | ред. код]
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[en], За контрактом з Національною лабораторією поновлюваних джерел енергії[en] обіцяє розробку технології з 10-відсотковою енергетичною ефективністю. Стверджується, що шляхом укорочення стеку хлорофілу Tasios Melis можливо подолати 10-відсотковий бар'єр[3].
Дослідження[ред. | ред. код]
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[ред. | ред. код]
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[ред. | ред. код]
У 1939 р. німецький дослідник Ганс Ґаффрон[en], 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[en], 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 також перспективний для виробництва водню.
Див. також[ред. | ред. код]
Література[ред. | ред. код]
- Варфоломеев С. Д., Зайцев С. В., Зацепин С. С. Проблемы преобразования солнечной энергии путем биофотолиза воды. — Итоги науки. М.: ВИНИТИ, 1978
Ресурси Інтернету[ред. | ред. код]
- Фотокаталітичне перетворення сонячної енергії [Архівовано 2 березня 2008 у Wayback Machine.] (PDF)
- Wired-Mutant Algae Is Hydrogen Factory [Архівовано 10 жовтня 2008 у Wayback Machine.]
- FAO [Архівовано 20 жовтня 2014 у Wayback Machine.]
- Maximizing Light Utilization Efficiency and Hydrogen Production in Microalgal Cultures [Архівовано 19 жовтня 2013 у Wayback Machine.]
Примітки[ред. | ред. код]
- ↑ Кондратьева Е. Н., Гоготов И. Н. Молекулярный водород в метаболизме микроорганизмов. — М.: Наука, 1981. — 342 с.
- ↑ Архівована копія. Архів оригіналу за 27 вересня 2007. Процитовано 29 серпня 2014.
{{cite web}}: Обслуговування CS1: Сторінки з текстом «archived copy» як значення параметру title (посилання) - ↑ Christopher Williams (24.02.2006). Pond life: the future of energy - Hydrogen-producing algae breakthrough. Архів оригіналу за 5 березня 2008. Процитовано 29.8.2014. (англ.)
- ↑ There has been an error — New Scientist. Архів оригіналу за 24 липня 2008. Процитовано 29 серпня 2014.
- ↑ Algae: Power Plant of the Future?. Архів оригіналу за 24 лютого 2007. Процитовано 29 серпня 2014.
- ↑ It Came From the Swamp [Архівовано 2011-08-28 у Wayback Machine.] (англ.)