Борьба с изменением климата делает поиск углеродно-нейтральных источников энергии все более актуальным. Зеленый водород, который производится из воды с помощью возобновляемых источников энергии, таких как энергия ветра или солнца, является одним из решений, на которые возлагаются надежды. Однако, транспортировка и хранение взрывоопасного газа затруднены, и исследователи во всем мире ищут химические и биологические решения.
Группа микробиологов из Университета Гёте во Франкфурте обнаружила фермент у бактерий, которые живут в отсутствие воздуха и связывают водород непосредственно с CO 2 , образуя муравьиную кислоту. Процесс полностью обратим — основное требование для хранения водорода. Эти ацетогенные бактерии, встречающиеся, например, в морских глубинах, питаются углекислым газом , который они метаболизируют до муравьиной кислоты с помощью водорода. Однако обычно эта муравьиная кислота является лишь промежуточным продуктом их метаболизма и далее переваривается в уксусную кислоту и этанол. Но команда под руководством профессора Фолькера Мюллера, заведующего кафедрой молекулярной микробиологии и биоэнергетики, адаптировала бактерии таким образом, что это позволяет не только останавливать этот процесс на стадии муравьиной кислоты, но и обращать его вспять. Основной принцип уже запатентован с 2013 года.
«Измеренные скорости восстановления СО 2 до муравьиной кислоты и обратно являются самыми высокими из когда-либо измеренных и во много раз выше, чем с другими биологическими или химическими катализаторами; кроме того, в отличие от химических катализаторов , бактериям не требуются редкие металлы или экстремальные условия для реакции, такой как высокие температуры и высокое давление, но вместо этого выполняют работу при 30 ° C и нормальном давлении», — сообщает Мюллер. Теперь у группы есть новый успех: разработка биобатареи для хранения водорода с помощью тех же бактерий.
Для муниципального или бытового хранения водорода желательна система, в которой бактерии сначала запасают водород, а затем снова выделяют его в одном и том же биореакторе и как можно стабильнее в течение длительного периода времени. Фабиану Шварцу, написавшему докторскую диссертацию по этой теме в лаборатории профессора Мюллера, удалось разработать такой биореактор. Он кормил бактерии водородом в течение восьми часов, а затем посадил их на водородную диету на 16-часовую фазу на ночь. Затем бактерии снова выпустили весь водород. Устранить нежелательное образование уксусной кислоты удалось с помощью процессов генной инженерии. «Система работала чрезвычайно стабильно в течение как минимум двух недель, — объясняет Фабиан Шварц.
Фолькер Мюллер уже изучил свойства этих особых бактерий в своей докторской диссертации и провел много лет, проводя их фундаментальные исследования. «Меня интересовало, как эти первые организмы организовали свои жизненные процессы и как им удавалось расти в отсутствие воздуха с помощью простых газов, таких как водород и углекислый газ», — объясняет он. В результате изменения климата его исследования приобрели новое прикладное измерение. Удивительно для многих инженеров, биология может давать осуществимые решения, говорит он.
«Биологическое хранение и высвобождение водорода посредством нескольких циклов двунаправленного гидрирования CO2 до муравьиной кислоты в одной технологической установке» опубликовано в Joule.
