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.
