Ферментативное производство водорода
Ферментативное производство водорода представляет собой ферментативное преобразование органических субстратов в H 2 . Водород, полученный таким способом, часто называют биоводородом . Преобразование осуществляется бактериями и простейшими , которые используют ферменты . Ферментативное производство водорода является одним из нескольких анаэробных преобразований .
Темная или фотоферментация
[ редактировать ]Реакции темного брожения не требуют световой энергии. Они способны постоянно производить водород из органических соединений в течение дня и ночи. Обычно эти реакции сопровождаются образованием диоксида углерода или формиата. Важные реакции, приводящие к образованию водорода, начинаются с глюкозы , которая превращается в уксусную кислоту : [1]
- C 6 H 12 O 6 + 2 H 2 O → 2 CH 3 CO 2 H + 2 CO 2 + 4 H 2
Родственная реакция дает формиат вместо диоксида углерода :
- C 6 H 12 O 6 + 2 H 2 O → 2 CH 3 CO 2 H + 2 HCO 2 H + 2 H 2
Эти реакции экзергоничны на 216 и 209 ккал/моль соответственно.
Используя синтетическую биологию , бактерии можно генетически изменить, чтобы усилить эту реакцию. [2] [3]
Фотоферментация отличается от темной ферментации тем, что протекает только в присутствии света . Электрогидрогенез используется в микробных топливных элементах .
Штаммы бактерий
[ редактировать ]Например, фотоферментация с использованием Rhodobacter sphaeroides SH2C может использоваться для превращения низкомолекулярных жирных кислот в водород. [4]
Enterobacter aerogenes – выдающийся продуцент водорода. Это анаэробная факультативно-мезофильная бактерия, способная потреблять различные сахара и в отличие от культивирования строгих анаэробов не требуется специальной операции по удалению всего кислорода из ферментера. E. aerogenes имеет короткое время удвоения, высокую продуктивность и скорость выделения водорода. Более того, производство водорода этой бактерией не ингибируется при высоких парциальных давлениях водорода; однако его выход ниже по сравнению со строгими анаэробами, такими как Clostridia . Теоретический максимум 4 моль H 2 /моль глюкозы может производиться строгими анаэробными бактериями. Факультативные анаэробные бактерии, такие как E. aerogenes, имеют теоретический максимальный выход 2 моль H 2 /моль глюкозы. [5]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Тауэр, РК (1998). «Биохимия метаногенеза: дань уважения Марджори Стивенсон» . Микробиология . 144 : 2377–2406. дои : 10.1099/00221287-144-9-2377 . ПМИД 9782487 .
- ^ Синтетическая биология и водород
- ^ Эдвардс, Крис (19 июня 2008 г.). «Синтетическая биология стремится решить энергетическую загадку» . Хранитель . Лондон.
- ^ «Высокий выход водорода в результате двухстадийного процесса темно- и фотоферментации сахарозы» . Архивировано из оригинала 25 января 2012 г. Проверено 7 сентября 2008 г.
- ^ Асади, Нушин; Зилоуэй, Хамид (март 2017 г.). «Оптимизация предварительной обработки рисовой соломы органосольвентными веществами для увеличения производства биоводорода с использованием Enterobacter aerogenes» . Биоресурсные технологии . 227 : 335–344. Бибкод : 2017BiTec.227..335A . doi : 10.1016/j.biortech.2016.12.073 . ПМИД 28042989 .