Виробництво водню з водоростями

Головна навігація

Енергетики давно мріяли про невичерпний енергоносій водню. Але це бачення ще не набуло реальності. Пошуки розумних, доступних за ціною процесів, за допомогою яких сонячну енергію, енергію вітру чи води можна перетворити на водень, поки що більш-менш закінчилися нічим. Крихітна водорость може показати шлях у водневий вік.

Chlamydomonas reinhardtii - ім’я маленького зеленого носія надії. Одноклітинна водорість може виробляти водень абсолютно самостійно, якщо вам стає незручно для неї. Те, що природа вигадала як аварійний механізм, інженер Флоріан Лер з робочої групи з питань біопроцесорного машинобудування в Університеті Карлсруе хоче перетворити на економічно цікавий процес виробництва водню.

Сірчана дієта сприяє збільшенню вироблення водню

Тому Лер проводить подвійну гру із зеленою водоростю Хламідомонада. Він плекає і піклується про нього, поки воно енергійно не примножиться. Тоді їй доводиться голодувати. Лер видаляє з неї сірку. Оскільки без цього фотосинтез, за допомогою якого хламідомонада також отримує цукор із вуглекислого газу, сонячного світла та води, зупиняється. "Ключовий фермент, який контролює фотосинтез, вже не підлягає відновленню", - пояснює Лер. Але водорості повинні десь створювати енергію, яка продовжує на неї діяти. Адже, незважаючи на свою скрутну ситуацію, вона не може просто вимкнути сонячне світло, яке їй світить. У цій надзвичайній ситуації він активує власні гідрогенази рослини, і ці спеціальні ферменти потім утворюють водень. Але водорості не можуть безкінечно видаляти це мізерне існування. Через дванадцять днів їй потрібна фаза регенерації не пізніше.

Перше важливе вирішене завдання - будівництво лабораторного реактора

На сьогодні обмежуючим фактором є надзвичайно чутливі до кисню гідрогенази. Оскільки фотосинтез утворює велику кількість кисню, цей процес повинен бути придушений, як описано, шляхом видалення сірки. За теперішніх можливих умов у якийсь момент потреба в кисні буде більшою, ніж кількість, яка ще може утворитися, і може розпочатися виробництво водню. Якби хламідомонада могла здійснювати фотосинтез з повною потужністю, утворювалося б більше електронів, а вихід енергії міг би зростати. Передумовою для цього могло б бути або те, що кисень може бути захоплений в системі до того, як він інгібує гідрогенази, або що чутливі ферменти втратять свою чутливість до кисню за допомогою молекулярно-біологічних хитрощів. Але це завдання мають вирішити біологи, які беруть участь у проекті.

Технічні спеціалісти з біопроцесу в Карлсруе, які також беруть участь у європейському курсі біотехнологій в університетах Верхнього Рейну, зосереджуються на своїх сильних сторонах: розробці біореакторів та оптимізації управління процесами. Ви вивчите умови економічного виробництва водню за допомогою stm6 та розробите концепції будівництва комерційного заводу. Лер розпочав роботу над проектом близько півтора року тому. Перше, що він зробив, це побудував трилітровий лабораторний реактор. Він потрібен був йому, щоб навіть міг виміряти, в яких умовах хламідомонада виробляє, яку кількість водню. "Не було жодних обґрунтованих даних", - каже інженер. Невеликий дослідницький реактор зроблений не зі скла або пластику, а з нержавіючої сталі, і світло надходить не від сонця, а від спеціального світлодіодного приладу для освітлення. Ця лабораторія пропонує вченим ідеальні умови вимірювання, навіть якщо об'єкт у полі згодом буде виглядати інакше.

Те, що звучить легко, - важка наукова робота

Мікроводорості також можна культивувати в цих трубчастих реакторах. Вони добре залучають матеріал для виробництва біомаси. Однак вони придатні лише обмежено як біореактори для виробництва водню. (Фото: AG Bioprocess Engineering)

"Серія вимірювань, включаючи підготовку та подальші дії, займає близько чотирьох тижнів, і з технічної точки зору такий цикл дуже складний", - повідомляє інженер з біопроцесу. Але лише за допомогою його результатів інженери незабаром зможуть точно визначити всі параметри, важливі для виробництва водню, і спланувати більші заводи. Цього року має бути побудований 30-літровий біореактор. "Потім це покаже чіткі аспекти виробничого заводу", - говорить Лер. Не пізніше 2010 року 250-літровий реактор, як прототип великого заводу, повинен запрацювати на відкритому повітрі. І, можливо, тоді буде досягнутий великий крок до водневої економіки та відходу від викопних видів палива, які стають дедалі дефіцитнішими. Мертві водорості також можна використовувати для отримання енергії. При бродінні біомаси утворюється метан.