Нов. Количество солнечной энергии, падающей на Землю, на много по-
Рядков превосходит количество всех видов вторичной энергии. Только
Солнечной энергии поглощается зелеными растениями и только
Образованных в процессе фотосинтеза продуктов используется чело-
Веком в пищу. Поэтому все более требовательно встает задача более эф-
Фективного использования энергии Солнца. Современная наука ищет ре-
Шения данной задачи во многих, в том числе и биологических направле-
Ниях. Особо перспективным представляется получение водорода с ис-
Пользованием солнечной энергии, в том числе из воды, которая является
Наиболее дешевым и доступным субстратом. Запасы воды в мировом
Океане составляют 1.3.1018 т, то есть весьма значительные.
Получение водорода возможно в результате электролиза воды, а также
Термохимического разложения воды с использованием отходящего тепла
Атомных станций.
Вода может подвергаться прямому фоторазложению под воздействи-
ем солнечных лучей:
Н2О + hν → Н2+ 0.5 О2.
Разрабатываются также способы получения водорода в результате фо-
Тохимического разложения воды. В основе способа лежат реакции, в
Которых участвует фотосенсибилизатор (А) и нечувствительное к свету
соединение (В); процесс протекает в водной среде:
Н2О + А + В + hν → АН2 + ВО.
Цикл замыкается реакциями:
АН2 → А + Н2, ВО → В + 0.5 О2.
При недостатке энергии видимого излучения для разложения соедине-
ния АН2, процесс можно реализовать в две стадии с введением в систему
промежуточного окислителя А":
АН + А" → А + А"Н2.
А"Н2 → А" + Н2.
Примером такой системы образования водорода является система с
Рибофлавином в качестве фотосенсибилизатора (А), триэтаноламин игра-
ет роль восстановителя (В), а метилвиологен – окислителя (А").
Сравнительно недавно показана принципиальная возможность получе-
Ния водорода разложением воды с участием биокаталитических агентов.
Так, в начале 60-х гг. было установлено, что хлоропласты, выделенные из
Шпината, в присутствии искусственного донора электронов и бактериаль-
Ного экстракта, содержащего фермент гидрогеназу, способны продуциро-
Вать водород. Донором электронов в системе является ферредоксин; гид-
Рогеназа получает электроны от ферредоксина, то есть задействована
Только фотосистема I. Спустя десятилетие исследователи в США устано-
Вили, что хлоропласты шпината и бактериальные структуры, содержащие
Гидрогеназы и ферредоксин в качестве переносчика электронов, после
Облучения видимым светом способны образовывать водород. В данном
варианте системы задействованы обе фотосистемы, I и II. В связи с тем,
Что применили оксичувствительную гидрогеназу клостридий, реакцию
Проводили в атмосфере азота при строгом отсутствии кислорода. Реакция
протекает с образованием водорода, при этом вода – субстрат фотолиза,
Присутствует в избытке, то есть является не лимитированным исходным
Сырьем; источник энергии, в данном случае солнечный свет, также не огра-
Ничен.
С целью повышения выхода водорода в такой системе, нужен источ-
Ник стабильных и высокоактивных гидрогеназ. Такие гидрогеназы найде-
Ны, в том числе термостабильные; продуцируются они различными пред-
Ставителями хемоавтотрофных водородокисляющих бактерий. В смеси с
Хлоропластами и метилвиологеном (переносчик электронов) такие гидро-
Геназы катализируют протекание процесса образования водорода дли-
Тельное время, при этом стабильность процесса зависит, главным образом,
От состояния хлоропластов.
Работы по созданию систем биофотолиза воды проводятся достаточно
Активно во многих странах. Это привело к созданию различных типов сис-
Водород
Кислород
Ферредоксин Вода
Гидрогеназа гидрогеназа
Медиатор
А В
Рис. 5.2. Схема биофотолиза воды с использованием фермента гидрогеназы
В качестве катализатора.