Необычные свойства грибов применимы в альтернативной энергетике

 


Молекулярный водород (Н2) является неограниченным ресурсом для создания «чистой» энергии. Остается лишь разработать простые и эффективные методы производства и использования водородных топливных элементов (fuel cells). Используя водород, ученые уже создали несколько технологий запасания и использования энергии водорода в электрохимических топливных элементах. Такой электрохимический аппарат требует мощного катализа восстановления протона, что достигается при помощи платинового электрода. К сожалению, платина – редкий и дорогостоящий материал, а в процессе катализа он необратимо инактивируется присутствующими в водороде следовыми количествами СО и сероводорода.

Биологические системы – давно известный и неисчерпаемый источник примеров катализа сложных химических превращений. Ферменты класса гидрогеназ, осуществляющие ферментативный катализ окисления водорода, являются металлоферментами, то есть содержат атомы металлов в активном центре. Восстановление протона и окисление молекулы водорода происходит в таких ферментах с участием мостиков сера-железо или сера-никель, причем эффективность этого процесса конкурирует с эффективностью платинового электрода. Однако ферменты анаэробных организмов, ранее предложенные для создания топливных элементов, очень чувствительны к присутствию молекулярного кислорода в системе, а их каталитический центр, быстро теряющий в присутствии кислорода активность, очень трудно вновь активировать.

Использование ферментов аэробных организмов позволяет легко восстанавливать электрод с помощью СО и кислорода. Так, четырехэлектронное восстановление кислорода с выделением воды, происходящее даже в присутствии СО в гидрогеназе грибов Trametes versicolor – лакказе – великолепная база для создания катода водородного топливного элемента.

Химики из Оксфорда полагают, что уже скоро батарейки, тоннами выбрасываемые на свалку, будут содержать не платину, а лакказу. Примерно три миллиарда, или двести тысяч тонн батареек каждый год уничтожается в Великобритании, Канаде и США. По данным геологического исследования, проведенного в Британии, запасы цинка могут истощиться уже к 2037 году. В то же время, не имея собственных ресурсов цинка и платины, Великобритания уже сейчас может рассчитывать на выращивание грибов, содержащих фермент лакказу и использовать его в производстве батареек.

Кристофер Брэнфорд (Christopher Blanford) создал экспериментальный топливный элемент, используя описанную выше биотехнологическую платформу, получив 400 мА за 2.5 часа, что говорит о возможности использования такого элемента для портативного музыкального устройства. Следующий шаг – создание батареи типа АА. Одна такая батарейка будет эквивалентна 20 циклам перезарядки современных батарей.

Если улучшенная модель такого элемента будет выпущена в массовое производство, то мы получим беспрецедентно дешевую энергию водородных топливных элементов, а ее производство и использование станет одной из самых высокоэффективных современных технологий.


Источник: NanoNewsNet