Весьма эффективны биотопливные элементы на основе анаэробных

Микроорганизмов, способных сбраживать огромное разнообразие соеди-

Нений. В таком биотопливном элементе функционируют катод и биоанод;

Последний содержит микробные клетки. Субстрат, играющий роль топли-

Ва, перерабатывается микроорганизмом в отсутствии кислорода. Достиг-

Нутые мощности энергии на единицу объема топливного элемента пока не

Велики. Вместе с тем в этих системах возможно применение различных, в

Том числе доступных и недорогих субстратов, включая промышленные и

Сельскохозяйственные отходы. Применение изолированных ферментов

Вместо микробных клеток обещает сделать процессы трансформации

Энергии химических связей в электрическую более выгодными. Примером

Таких биотопливных элементов могут служить системы на основе окисле-

Ния метанола в уксусную кислоту с участием алкагольдегидрогеназы; му-

Равьиной кислоты в углекислоту с участием формиатдегидрогеназы; глю-

Козы в глюконовую кислоту с участием глюкозооксидазы.

Новой областью технологической биоэнергетики и частью инженерной

энзимологии является биоэлектрокатализ. Цель данного направления –

Создание высокоэффективных преобразователей энергии на основе иммо-

Билизованных ферментов. Важнейшей проблемой при этом является со-

Пряжение ферментативной и электрохимической реакций, то есть обеспе-

Чение активного транспорта электронов с активного центра фермента на

Электрод. Исследования недавних лет показали, что этого можно достичь

несколькими путями:

– при использовании медиаторов (низкомолекулярных диффузионно

Подвижных переносчиков, способных акцептировать электроны с элек-

Трода и отдавать их активному центру фермента);

– при прямом электрохимическом окислении-восстановлении активных

Центров фермента, то есть в прямом переносе электронов с активного

центра фермента – на электрод (или обратно);

– при использовании ферментов, включенных в матрицу органического

Полупроводника.

Перенос электронов с участием медиатора можно представить в сле-

дующем виде:

S + E → P + E°; Eo + M → E + M°; M° → M + e–,

где E и E° – окисленная и восстановленная формы активного центра фер-

мента; M и M° – окисленная и восстановленная формы медиатора.

Примером биоэлектрокаталитической системы с участием медиатора

является система «гидрогеназа–метилвиологен–угольный электрод»; в

Такой системе возможно электрохимическое окисление водорода без пе-

Ренапряжения, практически в равновесных условиях.

В прямом переносе электронов между активным центром фермента и

Электродом устанавливается потенциал, близкий к термодинамическому

Потенциалу кислорода. Этот механизм переноса реализован в реакции

Электрохимического восстановления кислорода до воды при участии

Медьсодержащей оксидазы, а также в реакциях электровосстановления

Водорода с помощью гидрогеназы.

Третий путь переноса электронов базируется на использовании иммоби-

Лизованных ферментов, а именно, включенных в матрицу полупроводника.

Для этих целей используют полимерные материалы с системой сопряжен-

Ных связей, обладающие длинной цепью сопряжения, а также полимеры с

Комплексами переноса заряда (высокодисперсная сажа). По этому принципу

Реализованы некоторые электрохимические реакции, в том числе электро-

Химическое окисление глюкозы при участии глюкозооксидазы.

Разработка электрохимических путей преобразования энергии идет

двумя путями: с использованием способности ферментов катализировать

Окисление различных субстратов, а также на базе создания электрохими-

Ческих преобразователей с высокими удельными характеристиками.

БИОГЕОТЕХНОЛОГИЯ МЕТАЛЛОВ

Биогеотехнология металлов – это процессы извлечения металлов