Создан «нано-реактор» для производства водородного биотоплива

Экология потребления.Наука и техника:Учёные из университета Индианы создали высокоэффективный биоматериал, катализирующий процесс образование водорода – половины «святого грааля» разделения Н2О для получения водорода и кислорода для дешёвого и высокопроизводительного топлива из воды для автомобилей.

Учёные из университета Индианы создали высокоэффективный биоматериал, катализирующий процесс образование водорода – половины «святого грааля» разделения Н2О для получения водорода и кислорода для дешёвого и высокопроизводительного топлива из воды для автомобилей.

Модифицированный фермент, усиленный белковой оболочкой или «капсидом», заимствованным у бактериофага, в 150 раз более продуктивен, чем неизмененный фермент.

По сути, мы взяли способность вируса самоорганизовывать множество генетических строительных блоков, внедрили очень хрупкие и чувствительные ферменты и связали это с потрясающей способностью вируса забирать протоны и выделять газообразный водород

– говорит Тревор Дуглас, профессор химии в Колледже искусств и наук Индианского университета в Блумингтоне, ведущий исследование.

 Конечный результат это вирусоподобная частичка, со схожим поведением и катализирующая выделение водорода

Другие учёные Индианского университета также внесли большой вклад в исследование, например, профессор химии Меган Тиглез, кандидат наук Итон Эдвардс, и получавший тогда докторскую степень Пол Джордан.

Генетический материал, используемый для создания фермента, производится двумя генами выделенными из обычной бактерии Escherichia coli, затем окружается защитным капсидом по методу, разработанному учёными из Индианского университета. Гены hyaA и hyaB из Escherichia coli кодируют ключевые субъединицы гидрогеназы. Капсид заимствуется у бактериофага Р22.

Полученный биоматериал, названный P22-Hyd, не только эффективнее неизмененного фермента, но и синтезируется во время простого процесса ферментации при комнатной температуре.

P22-Hyd потенциально намного дешевле и экологичнее, другого сырья, используемого для создания топлива. Например, дорогая и редкая платина часто используется как катализатор для водорода в популярных концепт-карах.

P22-Hyd сравним с платиной за исключением полной возобновляемости,

утверждает Дуглас.

Его не нужно выкапывать, его можно получать в промышленных масштабах при комнатной температуре используя ферментационный процесс и он биодеградирует. Это очень «зелёный» процесс создания конкурентоспособного материала

Также Р22-Hyd не только разрывает химические связи в воде, но и восстанавливает связь водорода и кислорода для получения энергии.

Реакция идёт в обоих направлениях – она может использоваться как катализатор при получении водорода, так и при производстве топлива

– говорит Дуглас.

Эта форма гидрогеназы одна из трёх встречающихся в природе: двужелезной (FeFe) железной (Fe) и азотно-железной (NiFe). Третья форма была выбрана благодаря её способности легко интегрироваться в биоматериалы и активному взаимодействию с кислородом.

Азото-железная гидрогеназа, благодаря инкапсуляции, также стала более устойчивой при химическом взаимодействии, сохраняя способность к катализу при комнатной температуре. Для сравнения, неизмененная азото-железная гидрогеназа очень восприимчива к окружающей среде и разрушается при температуре выше комнатной, всё это делает незащищённый фермент непригодным для производства и таких коммерческих продуктов как машина.

Эта чувствительность была одной из главных причин, почему ферменты не оправдывали надежд на техническое применение

– говорит Тревор. Другая причина – сложность в производстве.

Ни у кого никогда не было возможности произвести достаточное количество гидрогеназы, несмотря на невероятный потенциал производства биотоплива. Но сейчас мы получили метод стабильного производства в больших количествах – невероятное увеличение эффективности

– добавляет Дуглас.

Производство, согласно участнику исследования Сёинг-Вук Ли, профессору биоинжениринга университета Калифорния-Беркли, очень эффективно.

Группа Дугласа последние два года лидирует в области разработки наноматериалов на основе вирусов. Это новаторская работа по производству «зелёного» и чистого топлива способна решить мировую энергетическую проблему с которой мы сталкиваемся сегодня и способна немедленно повлиять на нашу жизнь с ближайшем будущем

– говорит Ли, чьи работы цитировались в отчёте конгресса по использованию вирусов в производстве.

Помимо новой работы Дуглас с коллегами продолжат превращать P22-Hyd в идеальный ингредиент для водородной энергии, исследуя способы активации каталитической реакции с солнечным светом, как альтернативу лабораторному способу внедрения электронов.

Внедрение этого материала в индустрию солнечных батарей — это следующий шаг

– сообщает Эдвард.

Это исследование поддерживается департаментом энергии США. опубликовано econet.ru