Нов. Количество солнечной энергии, падающей на Землю, на много по-

Рядков превосходит количество всех видов вторичной энергии. Только

Солнечной энергии поглощается зелеными растениями и только

Образованных в процессе фотосинтеза продуктов используется чело-

Веком в пищу. Поэтому все более требовательно встает задача более эф-

Фективного использования энергии Солнца. Современная наука ищет ре-

Шения данной задачи во многих, в том числе и биологических направле-

Ниях. Особо перспективным представляется получение водорода с ис-

Пользованием солнечной энергии, в том числе из воды, которая является

Наиболее дешевым и доступным субстратом. Запасы воды в мировом

Океане составляют 1.3.1018 т, то есть весьма значительные.

Получение водорода возможно в результате электролиза воды, а также

Термохимического разложения воды с использованием отходящего тепла

Атомных станций.

Вода может подвергаться прямому фоторазложению под воздействи-

ем солнечных лучей:

Н2О + h ν → Н2+ 0.5 О2.

Разрабатываются также способы получения водорода в результате фо-

Тохимического разложения воды. В основе способа лежат реакции, в

Которых участвует фотосенсибилизатор (А) и нечувствительное к свету

соединение (В); процесс протекает в водной среде:

Н2О + А + В + h ν → АН2 + ВО.

Цикл замыкается реакциями:

АН2 → А + Н2, ВО → В + 0.5 О2.

При недостатке энергии видимого излучения для разложения соедине-

ния АН2, процесс можно реализовать в две стадии с введением в систему

промежуточного окислителя А":

АН + А" → А + А"Н2.

А"Н2 → А" + Н2.

Примером такой системы образования водорода является система с

Рибофлавином в качестве фотосенсибилизатора (А), триэтаноламин игра-

ет роль восстановителя (В), а метилвиологен – окислителя (А").

Сравнительно недавно показана принципиальная возможность получе-

Ния водорода разложением воды с участием биокаталитических агентов.

Так, в начале 60-х гг. было установлено, что хлоропласты, выделенные из

Шпината, в присутствии искусственного донора электронов и бактериаль-

Ного экстракта, содержащего фермент гидрогеназу, способны продуциро-

Вать водород. Донором электронов в системе является ферредоксин; гид-

Рогеназа получает электроны от ферредоксина, то есть задействована

Только фотосистема I. Спустя десятилетие исследователи в США устано-

Вили, что хлоропласты шпината и бактериальные структуры, содержащие

Гидрогеназы и ферредоксин в качестве переносчика электронов, после

Облучения видимым светом способны образовывать водород. В данном

варианте системы задействованы обе фотосистемы, I и II. В связи с тем,

Что применили оксичувствительную гидрогеназу клостридий, реакцию

Проводили в атмосфере азота при строгом отсутствии кислорода. Реакция

протекает с образованием водорода, при этом вода – субстрат фотолиза,

Присутствует в избытке, то есть является не лимитированным исходным

Сырьем; источник энергии, в данном случае солнечный свет, также не огра-

Ничен.

С целью повышения выхода водорода в такой системе, нужен источ-

Ник стабильных и высокоактивных гидрогеназ. Такие гидрогеназы найде-

Ны, в том числе термостабильные; продуцируются они различными пред-

Ставителями хемоавтотрофных водородокисляющих бактерий. В смеси с

Хлоропластами и метилвиологеном (переносчик электронов) такие гидро-

Геназы катализируют протекание процесса образования водорода дли-

Тельное время, при этом стабильность процесса зависит, главным образом,

От состояния хлоропластов.

Работы по созданию систем биофотолиза воды проводятся достаточно

Активно во многих странах. Это привело к созданию различных типов сис-

Водород

Кислород

Ферредоксин Вода

Гидрогеназа гидрогеназа

Медиатор

А В

Рис. 5.2. Схема биофотолиза воды с использованием фермента гидрогеназы

В качестве катализатора.