Новости химической науки > Бактериальное получение водорода – теперь и на холоду

Исследователи из Китая разработали новое устройство, способное вырабатывать водород за счет бактериальной переработки органических материалов и работающее при температуре ниже 25°C.

Обычно при получении водорода за счет метаболизма бактерий при понижении темературы эффективность процесса понижается – при уменьшении температуры понижается активность ферментов, катализирующих эту реакцию.

Дефенг Синг (Defeng Xing) из Технологического Института Харбина смог оптимизировать процесс бактериального производства водорода из остатков биомассы таким образом, что лежащая в основе такого получения водорода микробиологическая ячейка электролиза [microbial electrolysis cell (MEC)] может работать в температурном интервале 4-9°C. Такая модификация позволяет создать устройство для получения водорода без дополнительных обогревательных элементов и сделать возможным простое биологическое получение водорода в высоких широтах или горных районах, где температура воздуха не превышает 10°C.

Микробиологическая ячейка электролиза позволяет получать водород из остатков биомассы при низких температурах. (Рисунок из Energy Environ. Sci., 2011, DOI: 10.1039/c0ee00588f)

Микробиологическая ячейка электролиза выделяет водород за счет электрического тока, «элементами» для появления которого являются бактерии. Микроорганизмы расщепляют образующуюся при ферментации растительного материала уксусную кислоту на ионы гидроксония (протоны), электроны и углекислый газ. При приложении электрического тока протоны присоединяют электроны и восстанавливаются до молекулярного водорода. Чем выше сила тока, тем большее количество водорода образуется.

Синг поясняет, что для увеличения выхода водорода при работе микробиологической ячейки электролиза необходимо сочетание высокой эффективности переноса электронов и регенерации водорода.

Одной из главных проблем, возникающих при работе микробиологической ячейки электролиза, является метаногенез. Метаногенез (выделение метана), который становится заметным при высоких температурах и является результатом анаэробного дыхания микроорганизмов. Метаногенез может понизить эффективность переноса электронов к катоду, понижая тем самым суммарный выход водорода. Однако, при температурах ниже 10°C рост метанодышащих микроорганизмов ингибируется, метан не выделяется, и выход образующегося водорода увеличивается.

Сара Штришарж-Главен (Sarah Strycharz-Glaven), эксперт по микробиологическим топливным ячейкам из Исследовательской лаборатории Военно-морского флота США высоко оценивает результаты работы Синга, хотя, очевидно, система еще требует доработки – работающая при низкой температуре микробиологическая ячейка электролиза пока еще не вышла на уровень эффективности аналогичных устройств, работающих при комнатной температуре.

Источник: Energy Environ. Sci., 2011, DOI: 10.1039/c0ee00588f

метки статьи: #биохимия, #кинетика и катализ, #химическая технология