Сдам Сам

ПОЛЕЗНОЕ


КАТЕГОРИИ







Фотобіоніка – створення штучних систем біоводню





 

Водень з біомасиодержують термохімічним або біохімічним методами.

• Біохімічний метод фотосинтезу – продукування водню різними бактеріями (Rhodobacter sphaeroides, Enterobacter cloacae, тощо): процес проходить за температури 30°С і нормальному тиску. Можливе вживання різних ензимів (гідрогеназ та нітрогеназ) для прискорення продукування водню з полісахаридів (крохмаль, целюлоза), що містяться в біомасі. Собівартість водню близько 2$ за кг.

• Біофотоліз – біологічне утворення газоподібного водню внаслідок фоторозкладу води біохімічними системами, що здатні здійснювати фотоліз води на водень та кисень в однофазному та двофазному режимах.

Загальна схема переесення електронів фотосинтезуючих механізмів передбачає одержання вуглеводнів, водню, вуглекислоти, аміаку з неорганічних та органічних донорів при уловлюванні кванта енергії біоантенами через розділення зарядів у реакційному центрі.

Одержання водню як палива при фотолізі води активно продовжується на рівні пошукових розробок та комерційних програм.

Загальна схема фотолізу води:

• поглинання кванта світла водою;

• робота електронно-транспортної системи ;

• утворення та накопичення водню;

• виділення кисню в довкілля.

Типи модельних біосистем водню:

• біохімічні системи прямого біофотолізу води - грунтується на реакції:

• двостадійний процес - світловий (виділення кисню) та темновий (виділення водню);

• одностадійний процес - одночасне виділення кисню та водню з подальшим розділенням їх через напівпроникні мембрани;

• система біокаталітичного виробництва водню - одностадійний процес у видимих променях Сонця.

Виробництво водню може грунтуватися на процесах фотосинтезу та фотолізу. Гідрогентвірні фотобактерії та рослини продукують водень, використовуючи різні фотосистеми, для яких водень є побічним продуктом. За допомогою гідрогеназ будь-яка рослинна система може виділяти водень.

 

Продуценти водню

 

Здатність виділяти водень властива аеробним і анаербним, хемотрофним бактеріям, пурпурним і зеленим фототрофним бактеріям, ціанобактеріям, різним водоростям і деяким найпростішим. Отже, продуцентами водню, потенційно, є:

• водневі бактерії - Hydrogenomonas, Corynebacterium, Nocardia, Pseudomonas, Alcaligenes;

• хемотрофи - Clostridium butyricum, Clostridium perfrigens, E. coli, Citronobacter, Ruminococcus;

• зелені водорості - Chlorella, Spirulina platensis, Spirulina maxima, Scenedesmus;

• пурпурні бактерії - Rhodobacter capsulatus, Botrycoccus braunii, Tiocapsa roreopersiana, Dunaliella bavduwi;

• ціанобактерії - Anabaena cylindrical, Anabaena variabilis, Mastigocladis thermophilus, Mastigocladis laminosus;

• галобактерії (морська водорость) - Halobacterium halobium.

8.3.1. Особливості воденьтвірних бактерій.

• хемолітотрофні облігатно аеробні мікроорганізми, здатні до автотрофного росту (джерело вуглецю - СО2, незалежно від органічної сировини);

• здатні до росту за рахунок енергії окиснення водню (електролітичне, теплове та фотохімічне окиснення води) - окисне фосфорилювання з перенесенням електронів (є) від водню до кисню за допомогою активації водню та електронного ланцюга гідрогеназним ферментним комплексом через макроенергетичні структури (ATФ, НАДН);



• можуть використовувати неорганічні (NH4+, NO3-), а також органічні (амінокислоти, сечовина, аміни, індол, імідазол) джерела азоту;

• здатні до хемоорганогетеротрофного росту (органічні кислоти ЦТК, метанол, мурашина кислота) в трофічній асоціації з метаногенами.

8.3.2. Асоціації культур для одержання водню.Перспективні напрями систем біоводню, що розробляються, - це отримання водню на основі мікробних популяцій хемосинтезуючих і фотосинтезуючих організмів, що ростуть.

Для отримання фотоводню розробляються різні біосистеми :

• однокомпонентні - фототрофи;

• двокомпонентні (рослини та бактерії) - симбіотична система бобових рослин, що мають бульби з азофіксуючими бактеріями Rhizobium; симбіотичний комплекс з водної папороті Azolla і ціанобактерій;

• багатокомпонентні - системи, що містять ліофілізовані клітини ціанобактерій і пурпурних бактерій; системи, що містять ціанобактерії і водорості тощо.

Особливо привабливим є спосіб використання мікроорганізмів, а саме хемотрофних аеробів, синьо-зелених водоростей чи ціанобактерій.

 

Компоненти біосистем водню

Ці системи, незалежно від природи складових її компонентів, повинні мати два елементи:

• електрон-транспортну систему фотосинтезу, що включає систему розкладання води:

o хлоропласти рослин, ферредоксин і бактерійні гідрогенази;

o хлоропласти з медіатором (низькомолекулярний переносник електронів) і бактерійні гідрогенази;

o фотосинтезуючі водорості.

• каталізатори утворення водню:

o неорганічні каталізатори (металева платина);

o ферментативні (гідрогенази), здатні функціонувати як в розчинному, так в іммобілізованому стані.

 

Питання охорони довкілля за виробництва біоводню

Ускладнюють можливість використання водню як палива проблеми безпеки: водень може створювати з повітрям вибухонебезпечну суміш - гримучий газ; зріджений водень має виняткові проникні властивості, вимагаючи застосування особливих матеріалів.

 

Запитаня для самоперевірки

1. Дайте визначення поняття «біоводень» як біопалива третього покоління.

2. Охарактеризуйте біотехнологічні способи одержання водню.

3. Що таке фотобіоніка?

4. Охарактеризуйте типи модельних біосистем одержання водню.

5. Дайте характеристику продуцентів біоводню. Зазначте особливості воденьтвірних бактерій.

6. Зазначте компоненти біосистем водню.

7. Охарактризуйте питання охорони довкілля за виробництва біоводню та запропонуйте шляхи їх вирішення.

 









Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:


©2015- 2018 zdamsam.ru Размещенные материалы защищены законодательством РФ.