Loading color scheme

Эффективный способ производства водорода из биомассы in vitro на основе технологий совместного использования сахаров и кинетического моделирования

High-yield hydrogen production from biomass by in vitro metabolic engineering: Mixed sugars coutilization and kinetic modeling. Joseph A. Rollin, Julia Martin del Campo, Suwan Myung, et al. PNAS. 2015. Vol. 112. No 16. P. 4964–4969.

Водород является идеальным автомобильным топливом, так как в продуктах его сгорания отсутствуют парниковые газы. Однако затраты на производство водорода выше, чем на производство бензина. Авторы создали метод получения водородного топлива, который не только дешевле и быстрее, но также производит водород гораздо более высокого качества, чем существовавшие ранее технологии. В отличие от других способов получения водорода, чаще всего трудоемких и затратных, новая технология очень удобна и не требует больших денежных средств. Основное отличие – водород получают не из сахаров, а напрямую из необработанной органической массы, состоящей их стеблей, листьев и початков кукурузы. В результате такого подхода заводы по переработке сельскохозяйственных отходов и получению водорода можно будет размещать рядом. Суть процесса заключается в помещении отходов в специальный биореактор. Внутри него органическая масса подвергается разложению с помощью биологических катализаторов – энзимов. Эти вещества позволяют разлагать глюкозу и ксилозу, содержащиеся в кукурузе, на все 100%, в результате чего получаются водород и углекислый газ. Авторы использовали результаты своих предыдущих исследований по преобразованию целлюлозы в глюкозу, чтобы создать систему, которая могла бы производить водород, задействовав одновременно оба сахара, содержащихся в растительном материале – глюкозу и ксилозу, – тем самым увеличив скорость реакции получения водорода. Существующие биотехнологии могут использовать эти два типа сахара только по отдельности, в то время как новая система использует их одновременно. В результате, полученная модель процесса демонстрирует тройной прирост скорости получения водорода, а это означает снижение себестоимости получаемого топлива, прежде всего, за счет сокращения производственных мощностей. Предполагаемый размер перерабатывающего завода, использующего новый процесс, будет сопоставим с размером обычной АЗС. Сам процесс будет занимать не более 1 дня, позволяя получать водород по доступной цене, с высоким выходом и качеством продукта. Результаты исследования продемонстрировали самый важный шаг на пути к водородной экономии – получение доступного экологически чистого топлива из локальных ресурсов. Воспользовавшись преимуществом искусственных ферментативных процессов, авторы добились увеличения скорости получения водорода при помощи микроорганизмов (который, по меньшей мере, в 10 раз быстрее, чем наиболее эффективная система, производящая водород при помощи солнечного света) и избежали комплексной проблемы регулирования потока сахара, в результате чего производство водорода может быть легко организовано в общенациональном масштабе в виде самодостаточных водородных заправочных станций. Водород, получаемый таким образом, будет настолько чистым, что станет идеальным кандидатом для использования в водородных топливных элементах, аналогичных тем, что используются в самых современных водородных транспортных средствах (например, FCV от Toyota). Исследование было проведено частично на средства инициативы Shell Gamechanger и программы Small Business Technology Transfer Национального Научного Фонда США. В настоящее время процесс является частью коммерческого предприятия под названием Cell-free Bioinnovations, недавно созданного Джозефом Роллином, одним из соавторов исследования.

В.В. Стрекопытов