Пурпурные бактерии используют различные органические соединения,

Которые они разлагают с образованием углекислоты и водорода. Напри-

Мер, при разложении 1 г лактата пурпурные бактерии образуют до 1350 л

водорода. При этом эффективность конверсии света достигает 2.8 % (бак-

терии поглощают свет в области 800–900 нм, некоторые виды – до 1100

Нм, то есть инфракрасные лучи, которые не используются никакими дру-

Гими фотосинтезирующими организмами). Важным моментом является

Способность пурпурных бактерий продуцировать водород при использо-

Вании, помимо органических соединений, также тиосульфата и других

Восстановленных соединений серы. В качестве субстрата возможно при-

Менение также некоторых отходов, включая навоз. Эффективность про-

дукции водорода при этом составляет до 50 кг Н2/м2.г.

Наиболее выгодным для микробиологического получения водорода

Является использование фототрофных организмов, способных к биофото-

Лизу воды, то есть использующих при фотосинтезе в качестве доноров

электронов воду. Интересны в этом плане азотфиксирующие цианобакте-

Рии, способные выделять водород на свету в аэробных условиях с одно-

Временным образованием кислорода. В культуре цианобактерий получено

устойчивое выделение водорода со скоростью 30–40 мл Н2/ч⋅г АСБ. Эф-

Фективность использования энергии при искусственном освещении соста-

вила 1.5–2.7 % и 0.1–0.2 % – при естественном освещении. То есть эти

Результаты достаточно обнадеживающие. Для получения фотоводорода

Разрабатываются различные, в том числе многокомпонентные биосисте-

Мы, содержащие, в том числе, лиофилизированные клетки цианобактерий

И пурпурных бактерий; цианобактерии и водоросли и т.д. Как двухкомпо-

Нентную водородобразующую систему можно рассматривать систему бо-

Бовых растений, имеющих клубеньки с азофиксирующими бактериями

Rhizobium. К аналогичному симбиотическому сообществу можно отнести

Комплекс из водного папоротника Azolla и цианобактерий. Однако до

Практического применения таких биосистем еще достаточно далеко. По-

Лагают, что это может произойти не ранее 2000 г.

Биотопливные элементы и биоэлектрокатализ

Перспективным подходом для превращения химической энергии топ-

Лив в электрическую является направление создания так называемых топ-

Ливных элементов, представляющих собой электрохимические генерато-

Ры тока. В основе процесса лежит происходящее на электродах электро-

Химическое окисление топлива и восстановление окислителя (кислорода),

При этом генерируется электрохимический потенциал, соответствующий

свободной энергии процесса окисления водорода до воды:

Анод Катод

2 Н2 → 4Н+ + 4 e–; О2 + 4 Н++ 4e– → 2 Н2О.

Степень преобразования химической энергии в электрическую в топ-

Ливных элементах достаточно высока, так современные водород-

кислородные топливные элементы имеют к.п.д. до 80 %.

Определенные перспективы обещает применение в конструкциях топ-

ливных элементов биологических систем – ферментов или микробных

Клеток. Уровень реализации этого подхода пока исключительно лабора-

Торный. В конструировании биотопливных элементов в настоящее время

наметилось несколько подходов:

– превращение водорода в электрохимически активные соединения, эф-

Фективно окисляющиеся на электродах. В такой системе микроорга-

Низмы на основе ряда субстратов (углеводы, метан, спирты и пр.) не-

Прерывно генерируют водород, который далее окисляется в элементе

«водород-кислород» с образованием электроэнергии;

– генерация электрохимического потенциала на электродах, находящих-

ся непосредственно в культуральной среде: образующиеся в ходе кон-

Версии субстрата продукты обмена могут обладать определенной элек-

Трохимической активностью;

– перенос электронов с топлива на электрод катализируют ферменты, в

Том числе иммобилизованные.