Produkcia vodíka pomocou rias

Hlavná navigácia

Energetickí odborníci už dávno snívali o nevyčerpateľnom nosiči energie vodíku. Táto vízia však zatiaľ v skutočnosti neprišla. Hľadanie inteligentných a cenovo dostupných procesov, pomocou ktorých je možné slnečnú energiu, veternú alebo vodnú energiu premeniť na vodík, sa doteraz viac menej skončilo ničím. Drobná riasa mohla ukázať cestu do vodíkovej éry.

Chlamydomonas reinhardtii je meno malého, zeleného nositeľa nádeje. Jednobunková riasa môže vyrábať vodík úplne nezávisle, ak jej znepríjemňujete život. S čím príroda prišla ako s núdzovým mechanizmom, chce sa inžinier Florian Lehr z pracovnej skupiny pre inžinierstvo bioprocesov na univerzite v Karlsruhe ďalej rozvíjať v ekonomicky zaujímavom procese výroby vodíka.

Síra diéta zvyšuje produkciu vodíka

Lehr preto hrá dvojitú hru so zelenou riasou Chlamydomonas. Váži si to a stará sa o to, kým sa to energicky nerozmnožilo. Potom musí hladovať. Lehr z nej odstraňuje síru. Pretože bez toho sa fotosyntéza, pomocou ktorej Chlamydomonas získava cukor aj z oxidu uhličitého, slnečného žiarenia a vody, zastaví. „Kľúčový enzým, ktorý riadi fotosyntézu, sa už nedá opraviť,“ vysvetľuje Lehr. Ale riasy musia niekde vytvárať energiu, ktorá na ne ďalej pôsobí. Napokon, napriek svojej ťažkej situácii nemôže jednoducho vypnúť slnečné svetlo, ktoré na ňu svieti. V tomto prípade aktivuje vlastné hydrogenázy rastliny a tieto špeciálne enzýmy potom tvoria vodík. Ale riasa nemôže predvídať túto skromnú existenciu donekonečna. Po dvanástich dňoch potrebuje najneskôr fázu regenerácie.

Prvá dôležitá úloha vyriešená - výstavba laboratórneho reaktora

Limitujúcim faktorom boli doposiaľ mimoriadne kyslík citlivé hydrogenázy. Pretože fotosyntéza produkuje veľké množstvo kyslíka, musí sa tento proces, ako je opísané, obmedziť odstránením síry. Za súčasných možných podmienok bude v určitom okamihu dopyt po kyslíku väčší ako množstvo, ktoré sa ešte dá vytvoriť, a môže sa začať vyrábať vodík. Ak by Chlamydomonas dokázal spustiť fotosyntézu pri plnom výkone, vzniklo by viac elektrónov a mohol by sa zvýšiť energetický výnos. Predpokladom pre to by bolo, aby sa kyslík mohol zachytiť v systéme skôr, ako inhibuje hydrogenázy, alebo že citlivé enzýmy stratia citlivosť na kyslík pomocou molekulárno-biologických trikov. Túto úlohu však musia vyriešiť biológovia zapojení do projektu.

Technici bioprocesov spoločnosti Karlsruhe, ktorí sa tiež zúčastňujú kurzu európskeho biotechnológie na univerzitách v Hornom Porýní, sa sústreďujú na svoje silné stránky: vývoj bioreaktorov a optimalizáciu riadenia procesov. Preskúmate podmienky pre ekonomickú výrobu vodíka pomocou STM6 a vypracujete koncepty pre výstavbu komerčného závodu. Lehr začal na projekte pracovať asi pred rokom a pol. Prvá vec, ktorú urobil, bolo zostavenie trojlitrového laboratórneho reaktora. Potreboval to, aby mohol vôbec zmerať, za akých podmienok Chlamydomonas produkoval také množstvo vodíka. „Neboli k dispozícii nijaké rozumné údaje,“ hovorí inžinier. Malý výskumný reaktor nie je vyrobený zo skla alebo plastu, ale z nehrdzavejúcej ocele a svetlo nepochádza zo slnka, ale zo špeciálneho LED osvetľovacieho zariadenia. Toto laboratórne zariadenie ponúka vedcom ideálne podmienky na meranie, aj keď zariadenie v teréne bude neskôr určite vyzerať inak.

To, čo znie ľahko, je tvrdá vedecká práca

V týchto trubicových reaktoroch je tiež možné kultivovať mikroriasy. Sú dobré na prilákanie materiálu na výrobu biomasy. Sú však vhodné iba v obmedzenej miere ako bioreaktory na výrobu vodíka. (Foto: AG Bioprocess Engineering)

„Séria meraní, vrátane prípravy a následných krokov, trvá asi štyri týždne a z technického hľadiska je takýto cyklus veľmi zložitý,“ uvádza bioprocesný inžinier. Ale iba s pomocou jeho výsledkov budú môcť inžinieri čoskoro definovať všetky parametre dôležité pre výrobu vodíka a naplánovať väčšie závody. Tento rok sa má postaviť 30-litrový bioreaktor. „Ukáže potom jasné aspekty výrobného závodu,“ hovorí Lehr. Najneskôr v roku 2010 by mal byť uvedený do prevádzky 250-litrový reaktor pod holým nebom ako prototyp veľkého závodu. A možno potom bude možné dosiahnuť veľký krok k vodíkovému hospodárstvu a od fosílnych palív, ktorých je čoraz menej. Mŕtve riasy sa dajú použiť aj na výrobu energie. Fermentáciou biomasy vzniká metán.