Przejdź do głównej treści

Widok zawartości stron Widok zawartości stron

Nawigacja okruszkowa Nawigacja okruszkowa

Widok zawartości stron Widok zawartości stron

1pytanie: Czy można produkować wodór używając mikroorganizmów?

1pytanie: Czy można produkować wodór używając mikroorganizmów?

Czy czeka nas przełom w nauce i zaczniemy produkować wodór używając mikroorganizmów? Na pytanie dotyczące tego niezwykłego sposobu produkcji wodoru odpowiada dr Dariusz Dziga z Wydziału Biochemii, Biofizyki i Biotechnologii UJ.

-----------------------------------

1pytanie to rubryka na stronie NAUKA.uj.edu.pl, w której publikujemy odpowiedzi naukowców z UJ na ciekawe, nieraz fundamentalne pytania dotyczące świata, człowieka, natury, historii...

Więcej o nauce?! Dołącz do profilu strony. www NAUKA.uj.edu.pl na Facebooku 

-----------------------------------

Zewsząd usłyszeć można, że należy pracować nad odnawialnymi źródłami energii. Wstrzymuje się więc rzeki, aby napędzały turbiny; powstają gigantyczne farmy wiatrowe; baterie słoneczne zaś pokrywają coraz większe obszary Ziemi. Wszystko coraz większe i większe, a jednak, jak  spalaliśmy paliwa kopalne, tak robimy to nadal.

Tymczasem można spróbować produkować paliwo w mniejszej skali, a ściślej mówiąc, zaczynając od mikroskali, typowej dla bakterii czy glonów. Mikroorganizmy umiemy już wykorzystywać do wielu celów, począwszy od stosunkowo prostej produkcji artykułów spożywczych, czy napojów z procentami, aż po zaawansowane metody wytwarzania leków, wykorzystujące najnowsze zdobycze biotechnologii.

Na drodze do opanowania mikroskopijnego żywiołu

Jak to zwykle z nowymi technologiami bywa, wszystko zaczyna się od podpatrywania i naśladowania przyrody. Wiadomo, że światło słoneczne wykorzystywane jest przez rośliny, ale także glony i sinice do syntezy związków organicznych w procesie fotosyntezy. Jednym z jej kluczowych etapów jest zachodząca dzięki energii świetlnej tzw. fotoliza wody, czyli jej rozpad na elektrony i kationy wodorowe. Następnie składowe te są wykorzystywane jako „siła napędowa" w tworzeniu związków organicznych. Równolegle do tego procesu elektrony i kationy wodorowe, uwolnione z wody, mogą być przetwarzane również w wodór. Reakcje tego typu katalizowane są przez enzymy zwane hydrogenazami (grupa enzymów katalizujących odwracalne reakcje utleniania cząsteczek wodoru) Tak więc schemat takiej syntezy jest zadziwiająco prosty: rozbicie cząsteczek wody i wykorzystanie elektronów pochodzących z fotolizy do redukcji jonów wodorowych.

Oprócz tego najprostszego modelu, produkcja wodoru może zachodzić także na inne sposoby, np. przy udziale nitrogenaz - enzymów, które służą do wiązania azotu atmosferycznego. W większości znanych wariantów tworzenia wodoru energia świetlna wykorzystywana jest do separacji elektronów i protonów z wody. Możliwe jest także ich pozyskiwanie z prostych związków organicznych, co czynią skutecznie fotosyntetyzujące bakterie purpurowe.

Co dalej?

Jakie są więc przeszkody, aby produkować wodór na wielką skalę? Problem w tym, że ponad 2 miliardy lat ewolucji organizmów fotosyntetyzujących spowodowały, że gaz ten nie jest dla nich ważnym „paliwem", a jego produkcja to jedynie jedna ze ścieżek (ważna, ale nie kluczowa) skomplikowanej plątaniny szlaków biochemicznych. Wysiłki naukowców muszą więc zmierzać w kierunku zwiększenia efektywności produkcji. Pojawia się także pytanie, dlaczego akurat w ten kierunek badań mielibyśmy inwestować, skoro już dziś wiemy, jak w sposób prosty wytwarzać biodiesel czy bioetanol? Otóż jeśli spojrzymy na konieczne zasoby, wszystko będzie jasne.

Do produkcji biopaliw na bazie materiału roślinnego potrzebujemy wielkich obszarów żyznej gleby, co niestety prowadzi do konkurowania o tereny przeznaczone na uprawę roślin służących jako pożywienie, ale też do degradacji naturalnych ekosystemów. A wodór z mikroorganizmów? Teoretycznie jedynymi koniecznymi zasobami są woda (nawet ta morska) oraz światło słoneczne. Oraz co nieco dwutlenku węgla, na który tak lubimy psioczyć i soli mineralnych potrzebnych do namnożenia biomasy fitoplanktonu. Wydaje się więc, że mikrobiologiczna produkcja wodoru z wody stanowi wielką szansę, ale także wielkie wyzwanie dla całego, nie tylko naukowego, świata.

--------------------------------------------------

Na ilustracji:

-  Sinice Cylindrospermum sp by Matthewjparker (CC BY-SA 3.0) via Wikimedia Commons

- Widmo emisyjne wodoru by Teravolt (Public domain), via Wikimedia Commons

Polecamy również
Jak wyglądały okolice dzisiejszego Krakowa 100 milionów i 100 tysięcy lat temu?
Czym jest krzyżowanie roślin? Gatunki dzikie i stworzone przez człowieka
Czy drzewa w mieście mogą zlikwidować smog?
Czym zajmuje się inżynieria tkankowa?