Биологическая энергия один из источников способный совершать работу. Ископаемые виды топлива сейчас поставляют более чем 80% энергии в мире. Но поскольку существуют энергетические кризисы и появление проблемы парникового эффекта, ведется поиск альтернативных источников.
Производство водорода из биологических источников энергии наиболее реальное направление для получения биологической энергии.
Кроме того его сгорание производит только воду.
Каталитическая химия уже позволяет выделить устойчивый водород, используя воду в качестве исходного сырья, платину и иридий в качестве активных материалов. Поскольку такие элементы являются дорогими эта технология не может применяться в глобальном масштабе.
Чтобы преодолеть это препятствие, химики начали искать у природы так называемый катализатор преобразования протонов молекулярного водорода с производительностью сопоставимой с применением платины. Предложено применить ферменты непосредственно в производстве. Тем не менее, их высокая эффективность стимулировала поиск сопоставимых молекулярных комплексов для производства водорода с высокой производительностью.
Энергия биологических систем
Биотехнология может предоставить способ для использования водорода в качестве источника экологически чистой энергии. Одним из возможных вариантов получения водорода является использование ферментов, называемых трансгидрогеназы, которые естественно возникают у различных микроорганизмов, живущих в анаэробных экосистемах.
Анаэробные организмы получают биологическую энергию [highlight]без доступа кислорода[/highlight]. К таким организмам относятся простейшие, некоторые бактерии, живущие в почве и кишечном тракте животных или одноклеточные водоросли, грибы, черви.
Трансгидрогеназы катализируют (ускоряют) преобразование протонов молекул водорода (H2) с высвобождением энергии, которая может быть использована, например, в топливных элементах и поэтому может быть частью биотехнических устройств. Активным катализатором служат металлические ионы (железо и никель). Железо является активным веществом для производства молекул водорода. Сложной проблемой для того, чтобы использовать трансгидрогеназы в биотехнологических приложениях является то, что при аэробных условиях биореактора (под нормальным давлением) молекулярный кислород ухудшает активность получения энергии. Понимание механизма процесса влияния имеет важное значение для разработки водорода на основе природных топливных элементов.
Кислород подавляет трансгидрогеназы, группу ферментов, которые могут производить и разделять водород. Это влияние является фатальным для возможных биотехнологических применений ферментов при производстве экологически чистой биологической энергии.
Чтобы решить эту проблему команда исследователей провела эксперименты молекулярного моделирования и теоретические расчеты. С помощью электрохимических методов, точно измеряется различная реакция кислорода на фермент.
Исследование позволяет однозначно охарактеризовать сложные реакции, которые происходят в крупных биологических макромолекулах с использованием инновационного сочетания вычислительных и экспериментальных подходов. Хотя важные проблемы для промышленного применения остаются впереди, исследование открывает новые возможности для эффективного использования ферментов из живых систем для производства экологически чистой биологической энергии.
За последнее десятилетие многочисленные синтетические комплексы структурно и функционально имитировали активные ферменты. Большинство из этих синтетических соединений показывают серьезные недостатки, такие как низкая эффективность и стабильность с требованием наличия органических растворителей.
Сейчас исследователи института молекулярных наук разрабатывают новый катализатор с низкой стоимостью для крупномасштабного производства водорода из биологических источников энергии.
Биологическая энергия в виде производства водорода перспективное направление.
