Производство на водород с водорасли

Основна навигация

Енергийните експерти отдавна мечтаят за неизчерпаемия енергиен носител водород. Тази визия обаче все още не е пристигнала в действителност. Търсенето на интелигентни, достъпни процеси, с които слънчевата енергия, вятърната или водната енергия могат да бъдат превърнати във водород, досега горе-долу приключи в нищо. Малко водорасло може да покаже пътя към водородната ера.

Chlamydomonas reinhardtii е името на малкия, зелен носител на надежда. Едноклетъчните водорасли могат да произвеждат водород напълно независимо, ако правите живота неудобен за него. Това, което природата е измислила като авариен механизъм, инженер Флориан Лер от работната група за биопроцесорно инженерство към Университета в Карлсруе иска да се превърне в икономически интересен процес на производство на водород.

Сярната диета увеличава производството на водород

Следователно Лер играе двойна игра със зелената алга Chlamydomonas. Той го пази и се грижи за него, докато той се размножи енергично. Тогава тя трябва да гладува. Лер премахва сярата от нея. Защото без това фотосинтезата, с която хламидомоната също получава захар от въглероден диоксид, слънчева светлина и вода, спира. „Ключовият ензим, който контролира фотосинтезата, вече не може да бъде възстановен“, обяснява Лер. Но водораслите трябва да създадат енергията някъде, която продължава да въздейства върху нея. В крайна сметка, въпреки затруднението си, тя не може просто да изключи слънчевата светлина, която я свети. В този случай той активира собствените хидрогенази на растението и тези специални ензими образуват водород. Водораслите обаче не могат да изхвърлят това оскъдно съществуване за неопределено време. След дванадесет дни тя се нуждае от фаза на регенерация най-късно.

Решена първа важна задача - изграждане на лабораторен реактор

Ограничаващият фактор досега са изключително чувствителните към кислород хидрогенази. Тъй като фотосинтезата произвежда големи количества кислород, този процес трябва да бъде регулиран, както е описано, чрез отстраняване на сярата. При сегашните възможни условия в един момент търсенето на кислород ще бъде по-голямо от количеството, което все още може да се образува, и производството на водород може да започне. Ако Chlamydomonas можеше да изпълнява фотосинтеза с пълна мощност, ще се образуват повече електрони и енергийният добив може да се увеличи. Предпоставката за това би била или кислородът да може да бъде уловен в системата, преди да инхибира хидрогеназите, или чувствителните ензими да загубят чувствителността си към кислорода чрез молекулярно-биологични трикове. Но тази задача трябва да бъде решена от биолозите, участващи в проекта.

Инженерите за биопроцес в Карлсруе, които също участват в курса по европейска биотехнология в университетите в Горния Рейн, се концентрират върху своите силни страни: развитието на биореактори и оптимизирането на управлението на процесите. Ще проучите условията за икономично производство на водород със stm6 и ще разработите концепции за изграждането на търговски завод. Лер започва работа по проекта преди около година и половина. Първото нещо, което направи, беше да построи трилитров лабораторен реактор. Той се нуждаеше от него, за да може дори да измери при какви условия хламидомоната произвежда какви количества водород. „Нямаше никакви разумни данни“, казва инженерът. Малкият изследователски реактор не е направен от стъкло или пластмаса, а от неръждаема стомана и светлината не идва от слънцето, а от специално LED осветително устройство. Това лабораторно съоръжение предлага на учените идеални условия за измерване, дори ако дадено съоръжение в полето със сигурност ще изглежда по-различно по-късно.

Това, което звучи лесно, е тежка научна работа

Микроводораслите също могат да се култивират в тези тръбни реактори. Те са добри за привличане на материали за производство на биомаса. Те обаче са подходящи само в ограничена степен като биореактори за производството на водород. (Снимка: AG Bioprocess Engineering)

„Поредица от измервания, включително подготовка и проследяване, отнема около четири седмици и от техническа гледна точка такъв цикъл е много сложен“, съобщава инженерът по биопроцес. Но само с помощта на неговите резултати инженерите скоро ще могат да определят всички параметри, важни за производството на водород, по определен начин и да планират по-големи инсталации. Тази година трябва да бъде изграден 30-литров биореактор. „Тогава ще покаже ясни аспекти на производственото предприятие“, казва Лер. Най-късно през 2010 г. 250-литров реактор на открито като прототип на мащабна централа трябва да влезе в експлоатация. И може би тогава ще бъде постигната голяма стъпка към водородната икономика и далеч от изкопаемите горива, които стават все по-оскъдни. Мъртвите водорасли също могат да се използват за генериране на енергия. Ферментацията на биомасата произвежда метан.