Przełomowe odkrycie. Wykorzystali bakterie do produkcji paliwa wodorowego
Generowanie energii na użytek ogółu ludzkości przybiera bardzo rozmaite postaci. Jedną spośród nich przedstawili niedawno badacze wywodzący się z Uniwersytetu Oksfordzkiego. Zawdzięczamy im unikalną metodę, w myśl której zmodyfikowane mikroorganizmy zostają zaangażowane w proces wytwarzania całkowicie przyjaznego środowisku wodoru.
Wspomniane mikroby zostały zmienione tak, by kumulowały elektrony, protony i hydrogenazę w wyznaczonym segmencie komórkowym. Takie organizmy przypominają nanoreaktory wodorowe przeznaczone do efektywnego wytwarzania paliwa wodorowego poprzez zastosowanie wody oraz promieni słonecznych. Ten rodzaj energii pozostaje podwójnie proekologiczny: z jednej strony nie generuje emisji w trakcie spalania, a z drugiej – przy jego produkcji nie wykorzystuje się kopalnych surowców energetycznych.
Z tego powodu wodór wyróżnia się potężnym potencjałem w aspekcie zapewniania zielonej energii, chociażby z farm wiatrowych i słonecznych, która może być składowana w tej postaci. By było to możliwe, niezbędne pozostaje rozszczepianie molekuł wody bez użycia surowców kopalnych. Ich stosowanie w tym obszarze jest powszechne, jednak w takich realiach cała inicjatywa przestaje mieć sens. Wystarczy wspomnieć, iż generuje się wówczas średnio 11,5–13,6 kilogramów CO2 na kilogram wyprodukowanego wodoru.
Metodą na osiągnięcie przełomu w tej dziedzinie mogą okazać się genetycznie zmodyfikowane drobnoustroje Shewanella oneidensis. Potrafią one przekazywać elektrony zarówno do, jak i z ciał stałych znajdujących się poza ich komórkami, co stanowi cenną cechę przy produkcji paliwa wodorowego. Podczas eksperymentów badacze przeprowadzili modyfikacje, w efekcie których te drobnoustroje magazynują również elektrony, protony oraz enzym określany mianem hydrogenazy w komorze komórkowej umiejscowionej pomiędzy wewnętrzną i zewnętrzną błoną bakterii.
Poprzez zastosowanie zmodyfikowanych bakterii Shewanella oneidensis badacze opracowali nanoreaktory wodorowe ukierunkowane na sprawną produkcję przyjaznego środowisku wodoru.
Członkowie zespołu naukowego dołożyli pompę wykorzystującą energię słoneczną do przesuwania protonów w ten wydzielony obszar. W ten sposób do strefy trafiają elementy niezbędne przy wytwarzaniu wodoru. Dla wzmocnienia przepływu elektronów zespół dodatkowo wprowadził nanocząsteczki tlenku grafenu oraz siarczan żelaza. W końcowym podsumowaniu odnotowano dziesięciokrotnie większą efektywność powstawania wodoru w porównaniu z bakteriami, których nie poddano zmianom.
Jak spożytkować te osiągnięcia w praktyce?
Mówi się chociażby o powlekaniu sztucznych liści nowymi bakteriami. Poddane ekspozycji na promienie słoneczne, te konstrukcje zaczną wytwarzać wodór z wysoką wydajnością i możliwością działania na większą skalę. To natomiast stwarza realną perspektywę wprowadzenia pożądanego wariantu, w którym wytwarzanie wodoru w zrównoważonej wersji pozostaje zdecydowanie tańsze dla przemysłu aniżeli dotychczasowe modele. Publikacja związana z tym zagadnieniem, opisująca pracę i wynikające z niej zalety, można znaleźć w publikacji Proceedings of the National Academy of Science.
