Новости
Библиотека
Таблица эл-тов
Биографии
Карта сайтов
Ссылки
О сайте


Пользовательского поиска




предыдущая главасодержаниеследующая глава

Биофотолиз воды в системах микроорганизмов

Исследованы системы фотолиза воды с участием клеток микроорганизмов. Принципиальная схема процесса выглядит следующим образом:

(3.9)

После анаэробной адаптации клетки микроскопических водорослей начинают продуцировать водород. Это иллюстрирует рис. 34, на котором приведены данные по темновому выделению водорода клетками синезеленых водорослей Anabaena variabilis и зеленых Chlorella pyrenoidosa [460]. Блокированием биосинтеза белка антибиотиками было показано, что темновая адаптация клеток связана с биосинтезом водород-продуцирующего фермента.

Рис. 34. Выделение водорода на свету: 1 - культурами синезеленых микроводорослей Anabaena variabilis; 2 - зеленых микроводорослей Clorella pyrenoidosa
Рис. 34. Выделение водорода на свету: 1 - культурами синезеленых микроводорослей Anabaena variabilis; 2 - зеленых микроводорослей Clorella pyrenoidosa

Как видно из рис. 34, общие выходы водорода в изученных системах весьма низки. Это связано, по-видимому, с невысокими концентрациями энергоемких метаболитов, из которых происходит образование водорода.

Принципиально новые возможности открывает использование для целей биофотолиза воды системы двух культур микроорганизмов [461]. Реакцию фоторазложения воды на водород и кислород можно провести на основе использования двух культур микроорганизмов - микроскопических водорослей и анаэробных продуцентов водорода. Несколько идеализированную схему процесса можно представить в виде:

(3.10)
(3.11)

Первая стадия процесса - реакция, которую эффективно проводят анаэробные микроорганизмы типа Clostridium (см. гл. I); вторая стадия - фотосинтез микроскопическими водорослями. Ацетат может служить источником углерода для микроскопических водорослей и включаться в метаболические циклы на уровне трикарбоновых кислот [462]. Суммарным процессом цикла является фотолиз воды

(3.12)

В такого рода системах возможно достижение предельных теоретических выходов конверсии энергии. Как следует из данных, приведенных в гл. I, стадия (3.10) приводит к образованию водорода с энергетическим выходом 20%. Однако свободная энергия образовавшегося углеродного метаболита используется на второй стадии реакции (3.11) для синтеза углевода. Таким образом, на получение молекулы кислорода теоретический расход квантов равен восьми.

Реакцию биофотолиза воды в культурах микроорганизмов иллюстрируют данные рис. 35, на котором приведена кинетика образования молекулярного водорода клетками Cl. butyricum при использовании в качестве источника углеводов продуктов метаболизма различных фотосинтезирующих микроскопических водорослей.

Рис. 35. Кинетика образования водорода Clostridium butyricum при использовании в качестве субстратов микроводорослей: 1 - Chlamydomonos girus; 2 - Onabaerta variobilis; 3 - Chlorella pyrenoidosa; 4 - Sceneolesmus obliquus; 5 - контрольный опыт в стерильной исходной среде роста микроводорослей; 6 - культуральная среда Anabaena variabilis; 7 - культуральная среда Chlamidomonas girus
Рис. 35. Кинетика образования водорода Clostridium butyricum при использовании в качестве субстратов микроводорослей: 1 - Chlamydomonos girus; 2 - Onabaerta variobilis; 3 - Chlorella pyrenoidosa; 4 - Sceneolesmus obliquus; 5 - контрольный опыт в стерильной исходной среде роста микроводорослей; 6 - культуральная среда Anabaena variabilis; 7 - культуральная среда Chlamidomonas girus

Реакцию проводили в двух связанных между собой аппаратах: в фотосинтетическом реакторе, осуществляющем фотообразование кислорода, и ферменторе, в котором В анаэробных условиях протекает темновая реакция выделения водорода. Освещаемая площадь фотосинтетического реактора равна 0,5 м2.

Была проведена предварительная оптимизация процесса. Данные по выходам водорода приведены в табл. 26.

Таблица 26. Выходы водорода в системе
Таблица 26. Выходы водорода в системе

Следует обратить внимание на следующие обстоятельства. 1). Образование водорода идет в определенной степени из метаболитов, выделяемых микроскопическими водорослями в культуральную среду. Из данных табл. 34 видно, что образование водорода может протекать в культуральной среде, не содержащей клеток микроводорослей. 2). Использование предварительной обработки клеток и культуральной среды микроводорослей ферментами целлюлозолитического комплекса намного увеличивает выход водорода. Это указывает на то, что субстратами клостридиальных клеток являются углеводы фотосинтезирующих микроорганизмов, находящиеся в исходном состоянии в полисахаридной форме.

В настоящее время продемонстрирована лишь принципиальная возможность осуществления реакции биофотолиза воды при использовании культур микроорганизмов. Детальное изучение и оптимизация процесса требуют большого комплексного исследования с привлечением в основном данных микробиологического и физиолого-биохимического характера. Наиболее важны исследования широкого круга пар микроорганизмов, способных симбиотически осуществлять процессы по схеме (3.10-3.11), изучение механизмов регуляции метаболических путей, приводящих к образованию нужных промежуточных метаболитов, оптимизация процесса по pH, температуре, скоростям роста микроорганизмов. Однако можно думать, что проведение необходимых научно-исследовательских разработок в этой области позволит технологически оптимизировать данный процесс и вывести его на уровень промышленного использования, обеспечивающего преобразование солнечной энергии с получением энергоемкого, транспортабельного и экологически чистого топлива.

предыдущая главасодержаниеследующая глава



ИНТЕРЕСНО:

Ученые научились наблюдать за сверхбыстрыми химическими процессами

Почему на Западе периодическую таблицу никак не связывают с именем Менделеева

Люминесцентные наночастицы открыли новый этап в истории дактилоскопии

Нобелевская премия по химии присуждена за развитие криоэлектронной микроскопии

Новый метод анализа белков работает в 50 раз быстрее

Создана первая «химическая память» объемом в 1 бит

193 года назад впервые получено органическое соединение из неорганических

Ученые разработали программу, которая высчитывает свойства молекул сложных химических соединений

Самосборкой получены структуры из 144 молекулярных компонентов

Учёные создали нанореактор для производства водорода

Ученые из Швеции создали «деревянное стекло»

Разработан новый метод создания молекул

Японские ученые создали жидкий квазиметалл, застывающий на свету

Нобелевскую премию по химии присудили за синтез молекулярных машин

Новая компьютерная программа предсказывает химические связи

Получены цветные изображения на электронном микроскопе

В упавшем в России метеорите обнаружен уникальный квазикристалл

10 невероятно опасных химических веществ

Создатель «суперклея» Гарри Кувер – химик и изобретатель, автор 460 патентов, самый известный из которых так и не помог ему разбогатеть




© Злыгостев Алексей Сергеевич, подборка материалов, оцифровка, статьи, оформление, разработка ПО 2001-2018
При копировании материалов проекта обязательно ставить активную ссылку на страницу источник:
http://chemlib.ru/ 'ChemLib.ru: Библиотека по химии'