Kako blizu smo dosegu komercialno dostopne masovne fotobiološke proizvodnje vodika z cianobakterijam: pregled z biološkega vidika.

UVOD

Koncentracija CO2 v atmosferi se predvsem zaradi izgorevanja fosilnih goriv s časoma povečuje. Posledica povečane koncentracija CO2 je dvig temperature. Temu lahko sledijo številne neprijetne posledice, kot je topljenje ledenikov. Zato je potrebno zmanjšati izpuste CO2 v ozračje. Velik potrošnik fosilnih goriv so avtomobili. Ena izmed možnosti za bolj ekološko vožnjo so avtomobili na vodik. Ti delujejo s pomočjo gorivnih celic, ki pretvarjajo kemijsko energijo v električno. Pri tem se porabljata kisik, ki ga lahko dovajamo z zrakom in vodik. Pri procesu izhaja voda, ki je ekološko nesporna. Danes že obstajajo avtomobili na vodik, ki se lahko primerjajo z motornimi avtomobili. Eden takih je Mirai, ki so ga izdelali pri Toyoti.

PREGLED

Pridobivanje vodika pa je do sedaj še drag proces in bi bilo potrebno poiskati nove metode proizvajanja vodika, ki bi se cenovno lahko primerjale s fosilnimi gorivi. Ena izmed možnosti so cianobakterije, ki vsebujejo encim nitrogenazo. Le-ta katalizira reakcijo fiksacije dušika. V odsotnosti dušika (v argonu) pa se vsi elektroni v reakciji porabijo za tvorbo vodika. Občutljiva je na kisik, zato mora biti ločena od prvih stopenj fotosinteze. Cianobakterije so to rešile na tri načine. Prvi način je prostorska ločitev teh dveh procesov, ki ga uporabljaja heterocistični filamentozni tip cianobakterij. Pri tem tipu cianobakterij ločimo dve vrsti celic to sta vegetativne in heterocistične. Vegetativni z reakcijami fotosinteze tvori saharide, ki se potem prenesejo v heterociste in tam služijo kot donorji elektronov. V heterocistah najdemo še encim hidroksilazo, ki pridobljen vodik z nitrogenazo uporabi naprej. Z zavrtjem gena za hidroksilazo hup se vodik v celici 7-30% akumulira. Opazili pa so, da ima pomembno vlogo pri zaščiti nitrogenaze pred kisikom zato je to potrebno uporabiti take seve, kjer je ta vpliv minimalen. V tem članku so predlagali, da bi bakterije gojili v plastičnih bioreaktorjih, ki bi plavali na morju. Razlog za izbiro je nizka cena in možnost recikliranja. V notranjem sloju bi bile cianobakterije, drugi sloj bi bil neprepusten za vodik, tretji pa bi mehanjsko ščitil celoten reaktor. Zaradi visoke cene bi uporabo argona lahko izločili z uporabo posebnih mutantov, ki fiksirajo dušik v zelo majhnih količinah v prisotnosti dušika. Vodik bi v reaktorjih zbirali več tednov do nekaj mesecev ga ločili od kisika in ga očistili med prevozom na ladjah z PSA. Metoda za ločitev kisika od vodika še ni dorečena ena izmed možnih so membrane, ki bolje prepuščajo vodik. Očiščen vodik bi bilo potrebno kondenzirati ali kemijsko pretvoriti za transport. Prednosti proizvajanje vodika z cianobakterijami so večkratna uporaba gojišča saj med rastjo cianobakterije ne potrebujejo veliko dela, hranil in energije, kulture pa, ko je sistem uzpostavljen lahko dolgotrajno proizvajajo vodik (več mesecev) brez menjave gojišča in z večkratnim odvzetjem produkta.

ZAKLJUČKI

Potrebno je izboljšati učinkovitost pretvorbe svetlobne energije ter zmožnost proizvajanja vodika. Potrebno so raziskave v tej smeri, da bi lahko iskali izboljšave. Mnoga stališča proizvajanja vodika in z njim povezane tehnologije so še vedno v razvoju in zato je težko napovedati ceno produkcije. Sukarai v svojem članku ocenjuje na 26,4 ¢/kWh kar je dražje kot sedanja cena za elektriko, vendar pa je vrednost blizu tistih z subvencijo za obnovljive vire. Verjamejo pa da se bodo, ko bo enkrat to dejansko izvedeno pokazale možnosti za izboljšanje in da bo cena proizvajanja vodika še padla.