Тем. Эти системы, независимо от природы составляющих ее компонентов,
должна иметь два элемента: 1) электрон-транспортную систему фотосинте-
За, включающую систему разложения воды; 2) катализаторы образования
Водорода. В качестве катализаторов образования водорода можно использо-
Вать как неорганические катализаторы (металлическая платина), так и фер-
Ментативные (гидрогеназы). Последние могут функционировать как в рас-
Творимом, так в иммобилизованном состоянии. Принципиальная схема сис-
темы дана на рис. 5.2. Разработки последних лет представлены различными
системами: 1) включающие хлоропласты растений, ферредоксин и бактери-
альные гидрогеназы (рис. 5.2, А); 2) содержащие хлоропласты, медиатор
(низкомолекулярный переносчик электронов) и бактериальные гидрогеназы
(рис. 5.2, В); 3) с использованием фотосинтетических водорослей:
H фотосинтез на свету
O2 H (в темноте)
⎯м⎯ик⎯рово⎯дор⎯осл⎯и +⎯ св⎯ет→
→
а также с бактериальными иммобилизованными клетками:
Н2О + НАД ⎯⎯Anab⎯aena⎯ nid⎯ul⎯ans→НАДН + О2,
НАДН ⎯⎯Rhod⎯ospi⎯rillu⎯m ru⎯br⎯um→Н2 + НАД+.
Опыт лабораторного функционирования таких систем биофотолиза по-
Зволяет провести некоторую предварительную оценку эффективности
процесса. Так, при расходовании в сутки 106 Дж/м2 солнечной энергии
(100 Вт/м2) система способна производить до 90 л Н2/м2 в сутки, что соот-
Ветствует количеству энергии в 400 Дж.
На основе гидрогеназ, в принципе, любая растительная фотосистема
Способна продуцировать водород. Целью этих исследований является раз-
Работка полностью искусственных систем, действующих по схеме естест-
Венных водорослевых или бактериально-растительных систем. В принци-
Пе в такой системе станет возможным применение вместо гидрогеназы
катализатора типа FeS, а вместо хлоропластов – препарата хлорофилла, а
Также марганцевый катализатор для извлечения кислорода из воды и вы-
Свобождения протонов и электронов.
Система биокаталитического получения водорода пока является един-
Ственным примером одностадийной системы, способной работать в види-
Мых лучах света. Эта система чрезвычайно ценна, так как работает на не-
исчерпаемых источниках – энергии (солнечный свет) и сырья (вода) и вы-
Деляет при этом экологически чистый и высококалорийный энергоноси-
тель – водород. Интенсивное совершенствование таких систем будет важ-
Ным этапом в процессах превращения солнечной энергии в водород.
Перспективные и разрабатываемые направления – это получение водо-
Рода на основе растущих микробных популяций хемосинтезирующих и
Фотосинтезирующих организмов.
Среди хемотрофных микроорганизмов в качестве продуцентов водо-
Рода привлекают внимание виды, способные расти на достаточно доступ-
Ных и дешевых субстратах. Например, культура клостридий C. perfringens,
Сбраживая различную органику, способна продуцировать в 10-литровом
аппарате до 23 л Н2/ч. Создание крупномасштабной системы на такой ос-
Нове не представляется трудным, так как уже разработаны и внедрены в
Промышленность процессы получения ацето-бутилового брожения с ис-
Пользованием клостридий. Некоторые энтеробактерии в процессах бро-
Жения способны продуцировать водород, однако эффективность процесса
при этом не превышает 33 % от энергии используемого субстрата. Таким
Образом, применение хемотрофов для сбраживания органики с получени-
Ем водорода менее выгодно по сравнению с процессами биометаногенеза.
Более перспективными продуцентами являются фототрофные микро-
Организмы, так как образование ими водорода связано с процессами по-
Глощения энергии света и, следовательно, может повысить эффективность
Использования солнечной радиации. С наибольшей скоростью водород
Выделяют некоторые пурпурные бактерии, например некоторые штаммы
Rh. capsulata, до 150–400 мл Н2/ч.г сухого вещества. В качестве субстратов