Mikrobiologiczna produkcja wodoru

Pompy ciep砤 | O秝ietlenie LED, 縜r體ki LED | Kolektory s硂neczne | Certyfikat energetyczny | Pod硂g體ka

Mikrobiologiczna produkcja wodoru... Jednym z priorytetowych cel贸w nauki jest znalezienie taniego, wydajnego, odnawialnego, bezpiecznego dla 艣rodowiska 藕r贸d艂a energii, kt贸re pozwoli zast膮pi膰 stosowane dotychczas paliwa kopalne. Kryteria te spe艂nia wod贸r. Jego wysoka wydajno艣膰 energetyczna, mo偶liwo艣膰 wykorzystania w wysokosprawnych ogniwach paliwowych oraz mo偶liwo艣膰 bezpo艣redniego przetworzenia w tych ogniwach na energi臋 elektryczn膮 powoduj膮, 偶e staje si臋 on paliwem energetycznym przysz艂o艣ci. Rzeczywisto艣ci膮 s膮 ju偶 przecie偶 samochody o nap臋dzie wodorowym i pojawiaj膮ce si臋 pierwsze komercyjne dystrybutory gazowego wodoru, z roku na rok ro艣nie te偶 wykorzystywanie wysokowydajnych ogniw wodorowych. Problemem jest jednak to, 偶e wod贸r w 艣rodowisku wyst臋puje g艂贸wnie w postaci zwi膮zanej, tzn. w postaci zwi膮zk贸w chemicznych, kt贸re, by uwolni膰 z nich wod贸r cz膮steczkowy, nale偶y koniecznie przetworzy膰.

Tu jest miejsce na reklam.
Zobacz cennik

Sk膮d go bra膰?

Obecnie wod贸r na skal臋 przemys艂ow膮 pozyskuje si臋 poprzez kraking paliw kopalnych, elektroliz臋wody lub z materia艂贸w odnawialnych poprzez termiczny rozk艂ad biomasy. Procesy takie s膮 kosztowne i mog膮 mie膰 negatywny wp艂yw na 艣rodowisko. Alternatyw膮 dla nich mog膮 sta膰 si臋 procesy mikrobiologiczne, oparte na naturalnych w艂a艣ciwo艣ciach metabolicznych mikroorganizm贸w. W trakcie proces贸w przekszta艂cania energii przez bakterie w 艣ci艣le okre艣lonych warunkach 艣rodowiskowych jako uboczny produkt reakcji metabolicznych mo偶e powstawa膰 wod贸r gazowy. W rachub臋 wchodz膮 trzy procesy metaboliczne. S膮 to: fermentacja substrat贸w organicznych przeprowadzana przez niekt贸re bakterie heterotroficzne, fotorozk艂ad substancji organicznych prowadzony przez bakterie fotoheterotroficzne oraz biofotoliza wody prowadzona przez cyjanobakterie.

Fermentacja

Niekt贸re bakterie heterotroficzne w warunkach beztlenowych dla uzyskania energii utleniaj膮 zwi膮zki organiczne do kr贸tko艂a艅cuchowych kwas贸w organicznych. Produktem ubocznym takiej reakcji mo偶e by膰 wod贸r. Mo偶na uzyska膰 w ten spos贸b od 1,4 do 2,6 mola wodoru na 1 mol utlenianej glukozy. Opr贸cz tego powstaj膮 produkty odpadowe w postaci kr贸tkoko艂a艅cuchowych kwas贸w organicznych. W艣r贸d mikroorganizm贸w przeprowadzaj膮cych procesy tego typu mo偶na wyr贸偶ni膰 m.in. bakterie z rodzaju Ervinia, Aeromonas, Serratia. Ciekawe efekty uzyskano, stosuj膮c bakterie z rodzaju Clostridium izolowane z przewod贸w pokarmowych termit贸w. Bakterie te produkuj膮 do 4,46 mola wodoru na 1 mol glukozy. Jak do tej pory jest to najwy偶sza wydajno艣膰 produkcji wodoru opisana u bakterii heterotroficznych.

Fotorozk艂ad

Inn膮 wspomnian膮 grup膮 bakterii zdolnych do produkcji wodoru s膮 fotoheterotrofy. Wykorzystuj膮 one kr贸tko艂a艅cuchowe kwasy t艂uszczowe i energi臋 s艂oneczn膮 do uzyskania energii metabolicznej. Rhodobacter sphaeroides RV w warunkach na艣wietlenia i w obecno艣ci kwasu mas艂owego produkuje oko艂o 10 moli lub - w obecno艣ci octanu - 8 moli wodoru na 1 mol substratu. Produktem ostatecznym takiej reakcji s膮 dwutlenek w臋gla i woda. Niekt贸re sinice z rodzaju Anabena, Nostoc s膮 zdolne do fotobiolizy wody. W wyniku tego procesu powstaje wod贸r cz膮steczkowy. Jest on jednak ma艂o wydajny ze wzgl臋du na nisk膮 sprawno艣膰 nitrogenazy (enzymu odpowiadaj膮cego za proces syntezy wodoru) oraz na jego du偶膮 energoch艂onno艣膰. Optymalnym sposobem mikrobiologicznej produkcji wodoru jest tworzenie system贸w hybrydowych, pozwalaj膮cych na 艂膮czenie w jednym bioreaktorze bakterii fermentuj膮cych produkuj膮cych wod贸r z fotoheterotrofami. W systemach takich bakterie heterotroficzne fermentuj膮ce degraduj膮 w臋glowodory do wodoru i kwas贸w organicznych. Powsta艂e w tym procesie kwasy organiczne s膮 odprowadzane do fotobioreaktora, w kt贸rym prowadzona jest hodowla bakterii fotoheterotroficznych, takich jak np. z rodzaju Rhodobacter.聽 Pozwala to na uzyskanie oko艂o 12 moli wodoru na 1 mol glukozy.

Utylizacja odpad贸w

Produkcja wodoru mo偶e by膰 wi膮zana z utylizacj膮 odpad贸w. Prowadzone s膮 pr贸by nad wykorzystaniem odpad贸w organicznych pochodz膮cych z przetw贸rstwa spo偶ywczego. Mi臋dzy innymi wykorzystuje si臋 tu odpady z fabryk tofu, 艣cieki zawieraj膮ce melas臋 i inne odpady organiczne, w kt贸rych zawarte s膮 poli- lub monosacharydy. Z jednej strony zapobiega to dostaniu si臋 do 艣rodowiska nadmiaru substancji od偶ywczych, z drugiej dostarcza paliwa do ogniw wodorowych. Uzyskiwanie wodoru w spos贸b opisany powy偶ej jest jednak na razie niezadowalaj膮ce. Wyniki nie pozwalaj膮 stosowa膰 wymienionych metod na skal臋 przemys艂ow膮.

Czy zatem op艂acalna jest bioprodukcja wodoru?

Na obecnym etapie bada艅 trudno jednoznacznie odpowiedzie膰 na takie pytanie. Nie nale偶y zapomina膰, 偶e redukcja H+ do gazowego wodoru jest niekorzystn膮 energetycznie alternatywn膮 drog膮 utlenienia w kom贸rce, daj膮c膮 kom贸rce bakteryjnej niewielk膮 ilo艣膰 energii. Niski potencja艂 redoks pary H+/H2 b臋dzie powodowa艂, 偶e uprzywilejowana b臋dzie redukcja innych obecnych w 艣rodowisku jon贸w o wy偶szym potencjale redoks,聽 takich jak jony azotanowe (V), siarczany (V), utlenione jony metali. Przysz艂o艣膰 nale偶y jednak do odnawialnych 藕r贸de艂 energii, do kt贸rych wod贸r si臋 przecie偶 zalicza. Dlatego bioprodukcja wodoru wymaga dalszych bada艅, kt贸re pozwol膮 na zastosowanie tych metod w procesach biotechnologicznych. Poznanie gen贸w odpowiedzialnych za procesy produkcji wodoru pozwoli na zastosowanie metod in偶ynierii genetycznej do聽 modyfikacji i intensyfikacji tych proces贸w. Bioprodukcja wodoru mo偶e zatem okaza膰 si臋 skuteczn膮 metod膮 dywersyfikacji 藕r贸de艂 pozyskiwania energii.

藕r贸d艂o: ekopartner

Mikrobiologiczna produkcja wodoru

Promocje:

PROMOCJE: