Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Биологиялық жолмен өндірілетін сутегі Биосутек - биологиялық жолмен өндірілетін H2. Бұл технологияға қызығушылық жоғары, өйткені Н2 таза отын болып табылады және оны биологиялық қалдықтарды қоса алғанда, белгілі бір биомассалардан оңай өндіруге болады. Сонымен қатар кейбір фотосинтездік микроорганизмдер жарықты энергия көзі ретінде пайдалана отырып, суды бөлуден тікелей H2 өндіре алады. Биологиялық сутегін өндірудің перспективалы мүмкіндіктерімен қатар, бұл технология көптеген қиындықтармен сипатталады. Бірінші қиындықтар Г2 үшін тән, мысалы жарылғыш конденсацияланбайтын газды сақтау және тасымалдау. Сонымен қатар, сутегін өндіретін организмдер О2 -тен уланып, H2 -нің өнімділігі жиі төмен болады.
Hydrogen that is produced biologically
Biohydrogen is H2 that is produced biologically. Interest is high in this technology because H2 is a clean fuel and can be readily produced from certain kinds of biomass, including biological waste. Furthermore some photosynthetic microorganisms are capable to produce H2 directly from water splitting using light as energy source. Besides the promising possibilities of biological hydrogen production, many challenges characterize this technology. First challenges include those intrinsic to H2, such as storage and transportation of an explosive noncondensible gas. Additionally, hydrogen producing organisms are poisoned by O2 and yields of H2 are often low.
Балықты өндіру
Алгамен биологиялық сутегін өндіру - судың фотобиологиялық бөліну әдісі, ол жабық фотобиореакторда сутегін сутегінің сутектік отын ретінде өндіруге негізделген. Алғалар белгілі бір жағдайларда сутегін өндіреді. 2000 жылы C. reinhardtii балдырларының күкіртсіз қалса, олар оттегін өндіруден, әдеттегі фотосинтездегідей, сутегін өндіруге ауысатыны анықталды. Жасыл балдырлар [FeFe] гидрогеназаларын экспресс етеді, олардың кейбіреулері 104 s-1-ден жоғары айналымдық жылдамдықпен ең тиімді гидрогеназалар болып саналады. Бұл таңғажайып каталитикалық тиімділік оның оттегіні өте сезімтал болуымен көлеңкеленеді, оларды O2 Fe Fe гидрогеназалары (ферменттер) оларды сутек газына біріктіреді. Chlamydomonas reinhardtii-де фотожүйе II тікелей күн сәулесін айналдырып, сутек газындағы электрондардың 80% -ын өндіреді. 2020 жылы ғалымдар ауа астында күндіз фотосинтез арқылы оттегімен немесе СО2мен бірге сутек шығаратын көп жасушалы сфералы микробтық реакторлар үшін балдырлар жасушасы негізінде микроэмульсияның жасалғанын хабарлады. Микрореакторларды синергетикалық бактериялармен жабу О2 концентрациясын төмендету арқылы сутегін өндіру деңгейін арттыратыны дәлелденді.
The biological hydrogen production with algae is a method of photobiological water splitting which is done in a closed photobioreactor based on the production of hydrogen as a solar fuel by algae. Algae produce hydrogen under certain conditions. In 2000 it was discovered that if C. reinhardtii algae are deprived of sulfur they will switch from the production of oxygen, as in normal photosynthesis, to the production of hydrogen. Green algae express [FeFe] hydrogenases, being some of them considered the most efficient hydrogenases with turnover rates superior to 104 s−1. This remarkable catalytic efficiency is nonetheless shadowed by its extreme sensitivity to oxygen, being irreversibly inactivated by O2 Fe Fe hydrogenases (enzymes) combine them into hydrogen gas. In Chlamydomonas reinhardtii Photosystem II produces in direct conversion of sunlight 80% of the electrons that end up in the hydrogen gas. In 2020 scientists reported the development of algal cell based micro emulsion for multicellular spheroid microbial reactors capable of producing hydrogen alongside either oxygen or CO2 via photosynthesis in daylight under air. Enclosing the microreactors with synergistic bacteria was shown to increase levels of hydrogen production via reduction of O2 concentrations.
Жарық жинау антенналарын азайту арқылы өндірісті жақсарту
Клорофилл (Chl) антеннасының көлемі жасыл балдырларда фотобиологиялық күн конверсиясының тиімділігін және H2 өндірісін арттыру үшін барынша азайтылады немесе қысқартылады. Жарық жинауы II фотожүйесінің жарық жинауының белдеуі LHCBM9 жарық энергиясының тиімді таралуын қамтамасыз етеді. Қысқа Chl антеннасының өлшемі жеке жасушалардың күн сәулесін сіңіруін және ысырап етуін азайтады, нәтижесінде жасыл балдырлар биореакторларда жаппай мәдениет ретінде өсірілетін кезде жарықты пайдалану тиімділігі мен фотосинтез тиімділігі артады.
The chlorophyll (Chl) antenna size in green algae is minimized, or truncated, to maximize photobiological solar conversion efficiency and H2 production. It has been shown that Light harvesting complex photosystem II light harvesting protein LHCBM9 promotes efficient light energy dissipation. The truncated Chl antenna size minimizes absorption and wasteful dissipation of sunlight by individual cells, resulting in better light utilization efficiency and greater photosynthetic efficiency when the green alga are grown as a mass culture in bioreactors.
Экономика
Алға негізделген биогидроген туралы қазіргі есептер бойынша, АҚШ-та бензинмен қамтамасыз етілген энергияға тең биогидрогенді өндіру үшін 25000 шаршы шақырымға жуық балдыр шаруашылығы қажет. Бұл АҚШ-тағы соя өсіруге арналған жердің шамамен 10%-ын құрайды.
With current reports for algae based biohydrogen, it would take about 25,000 square kilometre algal farming to produce biohydrogen equivalent to the energy provided by gasoline in the US alone. This area represents approximately 10% of the area devoted to growing soya in the US.
Биореакторды жобалау мәселелері
Протон градиенті жинақталуы арқылы фотосинтезденетін сутек өндірісін шектеу. Көмірқышқыл газының фотосинтезденетін сутегін өндіруді бәсекелестікпен тежеу. Тиімді фотосинтез белсенділігі үшін II фотожүйеде (PSII) бикарбонат байланысуы талап етіледі. Электрондарды сутегінің өндірісінде оттегімен бәсекелестік жолмен ағызу. Экономика басқа энергия көздеріне бәсекеге қабілетті бағаға жетуі керек және экономика бірнеше параметрлерге байланысты. Негізгі техникалық кедергі - күн энергиясын молекулалық сутекте сақталған химиялық энергияға айналдырудың тиімділігі. Қазіргі кезде биоинженерлік технология арқылы бұл проблемаларды шешудің барша шаралары қолға алынды.
Restriction of photosynthetic hydrogen production by accumulation of a proton gradient. Competitive inhibition of photosynthetic hydrogen production by carbon dioxide. Requirement for bicarbonate binding at photosystem II (PSII) for efficient photosynthetic activity. Competitive drainage of electrons by oxygen in algal hydrogen production. Economics must reach competitive price to other sources of energy and the economics are dependent on several parameters. A major technical obstacle is the efficiency in converting solar energy into chemical energy stored in molecular hydrogen. Attempts are in progress to solve these problems via bioengineering.
Тарих
1933 жылы Марджори Стивенсон мен оның студенті Стикленд клеткалық суспензиялар метилен көкінің H2 арқылы кемуін катализдегенін хабарлады. Алты жылдан кейін Ханс Гафрон көк фотосинтезін жүргізетін Chlamydomonas reinhardtii балдырларының кейде сутегін шығаратынын байқады. 1990 жылдардың аяғында Анастасиос Мелис күкіртті айыру балдырлардың оттегі өндірісінен (әдеттегі фотосинтез) сутегі өндірісіне ауысуына себепші болатынын анықтады. Ол бұл реакцияға жауапты фермент - гидрогеназа екенін, бірақ гидрогеназаның оттегімен бірге бұл функцияны жоғалтып алғанын анықтады. Мелис сондай-ақ балдырлардың қолда бар күкірт мөлшерін азайту олардың ішкі оттегі ағынын үзіп, гидрогеназаға реакция жасай алатын ортаны беріп, балдырлардың сутегі өндіретінін анықтады. Chlamydomonas moewusii де сутегін өндіруде перспективалы тұқым болып табылады.
In 1933, Marjory Stephenson and her student Stickland reported that cell suspensions catalysed the reduction of methylene blue with H2. Six years later, Hans Gaffron observed that the green photosynthetic alga Chlamydomonas reinhardtii, would sometimes produce hydrogen. In the late 1990s Anastasios Melis discovered that deprivation of sulfur induces the alga to switch from the production of oxygen (normal photosynthesis) to the production of hydrogen. He found that the enzyme responsible for this reaction is hydrogenase, but that the hydrogenase lost this function in the presence of oxygen. Melis also discovered that depleting the amount of sulfur available to the algae interrupted their internal oxygen flow, allowing the hydrogenase an environment in which it can react, causing the algae to produce hydrogen. Chlamydomonas moewusii is also a promising strain for the production of hydrogen.