Wykorzystanie „nano-reaktorów” do produkcji paliw wodorowych

Naukowcy z Uniwersytetu w stanie Indiana (Indiana University), mi.in.: Megan C. Thielges (profesor Chemii), Ethan J.Edwards oraz Paul C. Jordan, stworzyli bardzo wydajny biomateriał, który katalizuje tworzenie się wodoru, który może być wykorzystany jako  paliwo. Biomateriałem jest zmodyfikowany enzym, który jest w stanie dokonać syntezy wodoru dzięki obecności powłok białkowych,tzw. kapsydów charakterystycznych dla wirusów.

Electrolysis_of_Water

Rys. 1 Diagram przedstawiający elektrolizę wody – najprostszą metodę pozyskiwania wodoru

Nowy materiał jest ponad 150 razy bardziej skuteczny niż niezmodyfikowana postać enzymu. W produkcji biomateriału została wykorzystana zdolność wirusów do samoorganizacji, tworzenia bloków genetycznych,  pozwalających na syntezę własnych enzymów w odpowiednich warunkach. Działanie tak powstałych enzymów sprowadza się do pobierania protonów i wytwarzania wodoru.

Materiał genetyczny, który służy do produkcji enzymu – hydrogenazy, jest produkowany przez dwa geny: hyaA i hyaB, typowe dla pospolitej bakterii Escherichia coli. Dany materiał genetyczny jest następnie umieszczany w kapsydzie ochronnym, pochodzących od wirusa bakteryjnego (nazywanego bakteriofagiem P22).

id42228Rys. 2 „P22- Hyd, czyli nano-reaktory”- fragmenty enzymu otoczone białkowym kapsydem ochronnym (autor: Trevor Douglas)

Otrzymany materiał biologiczny, zwany „P22-Hyd” jest nie tylko o wiele bardziej skuteczny niż niezmieniona postać enzymu, lecz także pozwala na produkcję wodoru w temperaturze pokojowej. Uzyskany materiał jest znacznie mniej kosztowny i znacznie bardziej przyjazny dla środowiska naturalnego niż inne materiały, które również są wykorzystywane do produkcji wodoru. Najczęściej stosowanym katalizatorem, służącym do „rozbijania” cząsteczek wody na wodór i tlen jest platyna, której wadą jest wysoka cena. O zaletach wytwarzanego materiału wypowiada się T.Douglas, profesor Chemii z Uniwersytetu w stanie Indiana: „ Stworzony materiał można porównać do  platyny, z tym wyjątkiem, że jest to twór naprawdę odnawialny oraz biodegradowalny. Nie ma najmniejszej potrzeby by go wydobywać, można go wytworzyć w temperaturze pokojowej, na skalę masową, poprzez zastosowanie technologii fermentacji”. PP-Hyd jest w stanie przerywać wiązania chemiczne występujące w cząsteczce wody, prowadząc do wytwarzania wolnego wodoru, jak także działa w kierunku odwrotnym – wytwarzając energię.

Hydrogenaza, która została wybrana na tworzenie nowego materiału jest jedną z trzech form występujących w przyrodzie. Przewaga formy zawierającej zarówno atomy żelaza jak i niklu jest uwarunkowana dużą odpornością na działanie tlenu. Wybrany, zmodyfikowany enzym wykazuje także wysoką odporność na działanie substancji chemicznych oraz jest w stanie prawidłowo funkcjonować w temperaturze pokojowej – w przeciwieństwie do niezmodyfikowanej formy, nieposiadającej ochronnego kapsydu, która jest bardzo wrażliwa na warunki zewnętrzne. Wysoka czułość niezmodyfikowanych enzymów jest jednym z powodów dla których nie są one wykorzystywane w technologii. Inną przeszkodą jest skomplikowana metoda otrzymywania enzymów. Grupa profesor Douglasa uważa wytworzony biomateriał jako rozwiązanie obecnych problemów związanych z pozyskiwaniem czystych i ekologicznych paliw. Nowym krokiem, pozwalającym na udoskonalenie materiału jest wykorzystanie energii słonecznej, która uniezależni syntezę enzymu od metod laboratoryjnych.

1. http://www.sciencedaily.com/releases/2016/01/160104164212.htm

Opracowała: Anika Szady

Korekta: Ilona Sadok

Bookmark the permalink.

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *


*