Producția biologică de hidrogen
Producția biologică de hidrogen se face în principal în bioreactoare și se bazează pe producerea de hidrogen de către unele alge . De fapt, algele produc hidrogen în anumite condiții: la sfârșitul anilor nouăzeci s- a descoperit că, privând algele de sulf, au încetat să mai producă oxigen , adică fotosinteza normală, și au început să producă hidrogen .
Termenul biohidrogen indică hidrogen molecular produs biologic.
Introducere
Procesele biologice care duc la producerea hidrogenului pot include gazificarea biomasei sau utilizarea proceselor metabolice ale unor microorganisme (bacterii, cianobacterii precum și microalge) capabile să producă hidrogen folosind căldură și un mediu organic ca sursă de energie (termofilă) bacterii), lumină și un mediu organic (bacterii fotosintetice) sau lumină și apă (microalge).
Procesele de producție a hidrogenului care nu implică utilizarea organismelor vii pot fi electroliza (care este în prezent cea mai utilizată metodă de producere a hidrogenului pentru a avea hidrogen pur așa cum este descris în producția de intrare a hidrogenului), oxidarea compușilor metalici reversibilă, reformarea aburului ( cea mai utilizată metodă astăzi chiar dacă dă un hidrogen mai puțin pur) sau gazificarea cărbunelui (folosită mult spre mijlocul secolului trecut).
Unul dintre avantajele producției de hidrogen biologic este acela de a utiliza un proces existent în natură pentru a converti o sursă primară de energie în purtător de hidrogen prin scăderea ratei de poluare a deșeurilor acestui proces. De exemplu, orice emisii de dioxid de carbon din diferitele procese biologice care utilizează mijloace organice pentru producerea hidrogenului nu cresc impactul efectului de seră, deoarece nu provin din resurse fosile. Acest avantaj, desigur, nu s-ar aplica în cazul reformării cu abur care folosește cărbunele ca sursă inițială. Cu toate acestea, procesele de electroliză care utilizează energie solară (panouri fotovoltaice), energie eoliană sau orice altă sursă regenerabilă pentru a produce electricitate sunt la fel de „curate” și durabile din punct de vedere al mediului.
Probleme în construcția bioreactoarelor
- Scăderea producției de hidrogen de către fotosintetice datorită formării unui gradient de protoni
- Inhibarea competitivă a producției fotosintetice de hidrogen de către dioxidul de carbon .
- Necesitatea unei legături de bicarbonat în fotosistemul II (PSII) pentru a menține o activitate fotosintetică eficientă
- Captarea competitivă a electronilor de către oxigen în timpul producerii de hidrogen de către alge
- Fezabilitate economică - Eficiență energetică: conversia luminii solare în hidrogen trebuie să ajungă la 7-10% (algele în forma lor naturală pot atinge maxim 0,1%)
În prezent, sunt în derulare proiecte pentru rezolvarea acestor probleme prin utilizarea bioingineriei .
Obiective atinse
- 2006 - Cercetătorii de la Universitatea din Bielefeld și Universitatea din Queennsland au modificat genetic alga verde unicelulară Chlamydomonas reinhardtii pentru a face posibilă producției de alge cantități mari de hidrogen. [1] Stm6 , așa cum s-a numit, poate produce pe termen lung, de cinci ori volumul de hidrogen produs de algă în stare naturală, cu o eficiență energetică de producție de aproximativ 1,6-2%.
- 2006 - Un articol nepublicat de la Universitatea din California la Berkeley (programul a fost realizat de Midwest Research Institute , un operator extern care lucrează pentru NREL ) ar fi putut găsi soluția tehnologică care permite depășirea limitei unei eficiențe energetice a 10%, ceea ce face proiectul fezabil din punct de vedere economic. Acest rezultat a fost obținut prin scurtarea blocurilor de clorofilă din organitele responsabile de fotosinteză, Tasios Melis „probabil” a depășit pragul. [2]
- 2007 Un studiu realizat de cercetători de la Universitatea Penn State a evidențiat posibilitatea producerii hidrogenului cu eficiență ridicată folosind o celulă pentru electroliza microbiană cu acid acetic. Acesta din urmă este acidul predominant produs în fermentarea glucozei și celulozei. Celula produce energie stocată în hidrogen cu o eficiență de 288%. Cu toate acestea, scăzând ceea ce este necesar pentru funcționarea sa, celula furnizează cu 144% mai mult din aportul de energie. [3]
- 2012 - Bacteria Thermtoga napolitană [4] a fost izolată pentru prima dată la CNR din Pozzuoli (NA). Un organism deosebit de interesant capabil să producă hidrogen chiar și în condiții micro-aerobe, adică în prezența concentrațiilor de oxigen în jur de 5-6%. Celulele Thermotoga se comportă ca niște micro-reactoare capabile să producă hidrogen din fermentarea substraturilor organice, inclusiv deșeuri din industria agroalimentară.
Economie
O cultură de alge de mărimea statului Texas ar produce cantitatea de hidrogen necesară pentru a satisface cererea lumii. De exemplu, 25.000 km² ar fi suficient pentru a înlocui utilizarea benzinei în Statele Unite ale Americii . [5]
Istorie
În 1939, un cercetător german, Hans Gaffron , în timpul studiilor sale la Universitatea din Chicago, a observat că algele pe care le observa, Chlamydomonas reinhardtii (alge verzi), uneori au trecut de la producerea oxigenului la producerea hidrogenului. [6] Gaffron, însă, a eșuat pentru a descoperi cauza acestei schimbări și, timp de mulți ani, cauza a rămas necunoscută.
La sfârșitul anilor 1990, profesorul Anastasios Melis , atunci cercetător la Universitatea din California la Berkeley, a descoperit că, dacă cultura algelor era lipsită de sulf, aceasta înceta să mai producă oxigen (fotosinteză normală), producând hidrogen. El a descoperit că enzima responsabilă de această reacție este hidrogenaza , dar că hidrogenaza și-a pierdut funcția în prezența oxigenului. Melis a descoperit că, privând alga de sulf, a întrerupt fluxul intern de oxigen, creând astfel un mediu în care hidrogenaza ar putea reacționa, producând hidrogen. [7] Chlamydomonas moeweesi este, de asemenea, considerat de către cercetători un bun candidat pentru producerea de hidrogen.
Notă
- ^ Hidrogenul din alge - combustibil al viitorului? Arhivat la 27 septembrie 2007 la Internet Archive .
- ^ Viața iazului: viitorul energiei
- ^ O scurtătură către economia hidrogenului , pe lescienze.espresso.repubblica.it , Le Scienze, 14-11-2007. Adus 14.11.2007 .
- ^ de Anna De Simone, Thermotoga napolitană, bacteria care produce hidrogen , pe ideegreen.it .
- ^ Cultivarea hidrogenului pentru mașinile de mâine , la environment.newscientist.com . Adus la 14 noiembrie 2007 (arhivat din original la 4 ianuarie 2008) .
- ^ Alge: Centrală electrică a viitorului?
- ^ A venit din mlaștină
Elemente conexe
linkuri externe
- ( EN )Algele mutante cu fir sunt fabrică de hidrogen , pe wired.com .
- ( EN ) FAO , pe fao.org .
- ( RO ) Maximizarea eficienței utilizării luminii și a producției de hidrogen în culturile microalgare ( PDF ), pe hydrogen.energy.gov .
- Portal al proiectului Energy Algae , pe eco-one.it . Adus la 20 iulie 2013 (arhivat din original la 7 martie 2016) .
