Produkcja wodoru dzięki bakteriom. Ta technologia zmienia świat

Wodór jako paliwo przyszłości

Wodór, jako nośnik energii, zdobywa uznanie nie tylko w środowisku naukowym, lecz także wśród decydentów państwowych. Przykładem mogą być Niemcy, które zainwestowały ogromne środki w rozwój infrastruktury wodorowej. Jednak produkcja tego pierwiastka wciąż napotyka liczne trudności. Elektroliza wody – jedna z najczęściej stosowanych metod – jest procesem energochłonnym, co czyni ją kosztowną i mało opłacalną. Z kolei reforming metanu z parą wodną, choć bardziej wydajny, prowadzi do emisji znacznych ilości dwutlenku węgla.

Rozwiązaniem tych problemów mogą być mikroorganizmy. Naukowcy z Uniwersytetu Oksfordzkiego zmodyfikowali genetycznie bakterie z gatunku Shewanella oneidensis, zwiększając ich zdolność do produkcji wodoru. Ta udoskonalenie może znacząco obniżyć koszty produkcji tego paliwa i uczynić je bardziej dostępnym.

„Nasze badanie dostarczyło przekonującej alternatywy w postaci solidnego i wydajnego biokatalizatora. To rozwiązanie jest bezpieczniejsze, odnawialne i bardziej ekonomiczne, co może poprawić długoterminową opłacalność technologii” – powiedział profesor Wei Huang, główny autor badania.

Polecamy: Mikroplastik w organizmie przyczyną chorób. Tak można się go pozbyć

Zielony wodór i potencjał bakterii

Zielony wodór jest produkowany poprzez rozszczepianie cząsteczek wody z wykorzystaniem odnawialnych źródeł energii. Jest to proces przyjazny dla środowiska, ponieważ nie generuje emisji dwutlenku węgla.

Bakterie Shewanella oneidensis mają wyjątkowe właściwości elektroaktywne. Potrafią przenosić elektrony do lub z powierzchni stałych znajdujących się poza ich komórkami. Naukowcy zmodyfikowali te bakterie, aby „zbierały” elektrony, protony i enzym o nazwie hydrogenaza w określonym miejscu komórki, tzw. przestrzeni peryplazmatycznej. Jest to przestrzeń między wewnętrzną a zewnętrzną błoną komórkową, w której następuje zwiększona produkcja wodoru.

Proces ten wymagał jednak dalszego usprawnienia. Aby to osiągnąć, badacze wprowadzili do bakterii pompę elektronową, która transportuje protony do przestrzeni peryplazmatycznej, dostarczając kluczowych składników do produkcji wodoru.

„Wprowadzono także nanocząsteczki zredukowanego tlenku grafenu i siarczanu żelaza, co znacząco poprawiło transfer elektronów” – zauważyli naukowcy w swojej pracy opublikowanej na portalu Uniwersytetu Oksfordzkiego.

Sztuczne liście jako rewolucja wodorowa

Dzięki wprowadzonym modyfikacjom bakterie zaczęły produkować wodór z dziesięciokrotnie większą wydajnością w porównaniu do swoich niemodyfikowanych odpowiedników. Badacze uważają, że odkrycie to może stać się podstawą technologii „sztucznych liści” pokrytych zmodyfikowanymi mikroorganizmami.

„Te innowacyjne liście, wystawione na działanie promieni słonecznych, niemal natychmiast rozpoczną produkcję wodoru” – podkreśla zespół badawczy.

W przyszłości takie liście mogą odegrać kluczową rolę w przekształcaniu światła słonecznego w wodór na masową skalę. To odkrycie ma ogromne znaczenie dla przemysłu paliwowego, ponieważ obniżenie kosztów produkcji zielonego wodoru jest kluczowym elementem rewolucji wodorowej. Bez tego wodór pozostanie zbyt drogi, by konkurować z węglowodorami.

„Nasz bionanoreaktor pokazuje potencjał biokatalizatorów do wytwarzania czystej energii. Co więcej, wykorzystane materiały, takie jak tlenek grafenu i nanocząstki siarczanu żelaza, zostały zsyntetyzowane biologicznie, co czyni je bardziej ekologicznymi w porównaniu z tradycyjnymi metodami chemicznymi” – podsumował profesor Ian Thompson, współautor badania.

Polecamy: Rewolucyjne paliwo przyszłości. Ten pierwiastek może zakończyć erę paliw kopalnych