A hidrogén algák felhasználásával történő biológiai előállítása a molekuláris hidrogén felszabadulásával járó biológiai vízhasadás folyamata , amelyet zárt fotobioreaktorban egysejtű zöld algák - chlamydomonas vagy chlorella - hajtanak végre . Ez a biohidrogén -termelési technológia az algák fotometabolizmusának adaptív átkapcsolásán alapul, válaszul a nem optimális környezeti feltételekre, és az 1990-es években javasolták, miután a Chlamydomonas Reinhardt tenyészete felfedezte a hidrogénkibocsátást , amelyet a kénhiány okozott .
Hans Gaffron német kutató 1939-ben a Chicagói Egyetemen dolgozva felfedezte, hogy az általa vizsgált zöldalgák, a Chlamydomonas reinhardtii időnként oxigéntermelésről hidrogéntermelésre váltottak [1] . Gaffron nem tudta megállapítani ennek a váltásnak az okát. évek végén Anastasis Melis professzor , miközben kutatóként dolgozott a Berkeley-ben, felfedezte, hogy kénhiányos körülmények között a chlamydomonas oxigén felszabadulásával leállítja a fotoszintézist, és átvált a hidrogén felszabadítására. Felfedezte a viselkedésért felelős enzimet, a hidrogenázt , amely oxigén jelenlétében nem működik. Melis felfedezte, hogy a kénéhezés megszakítja az oxigén belső keringését, megváltoztatva a hidrogenáz környezetét, így az képessé válik a hidrogén szintetizálására. Ezt követően egy másik Chlamydomonas-fajt fedeztek fel, amely ígéretes a biohidrogén előállítására , a Chlamydomonas moeweesi .
2006-ban a Bielefeldi Egyetem és a Queenslandi Egyetem kutatói genetikailag módosították az egysejtű Chlamydomonas reinhardtii algát , hogy lényegesen nagyobb mennyiségű hidrogént termeljenek [2] . Az így létrejövő Stm6 mutáns algák hosszú ideig ötször több hidrogént tudnak termelni, mint ősei, és 1,6-2,0%-os energiahatékonyságot biztosítanak.
2006 Az UC Berkeley (az MRIGlobal program által működtetett ) publikációja a National Renewable Energy Lab szerződésében 10%-os energiahatékonyságú technológia kifejlesztését ígéri. Állítólag a Tasios [3] .
2006 – A Karlsruhe Egyetemen kifejlesztenek egy 500-1000 liter algakultúrát tartalmazó bioreaktor prototípusát . Ezt a reaktort arra használják, hogy bizonyítsák az ilyen jellegű költséghatékony rendszerek megvalósíthatóságát a következő öt évben.
A víz biofotolízise a víz lebontása hidrogénre és oxigénre mikrobiológiai rendszerek részvételével.
A fotoszintézis során a cianobaktériumok és a zöldalgák a vizet hidrogénionokra és elektronokra bontják. Az elektronok átkerülnek a ferredoxinba, a [FeFe]-hidrogenáz pedig a protonokba adja át őket gázhalmazállapotú hidrogén képződésével. Photosystem II. A Chlamydomonas reinhardtii közvetlen napsugárzással az elektronok 80%-át állítja elő, amelyek végül hidrogéngázba jutnak. Az LHCBM9 egy fénygyűjtő II-es fehérje egy fénygyűjtő komplexben, amely hatékonyan támogatja a napenergiát. A [FeFe]-hidrogenáz anaerob körülményeket igényel, mivel az oxigén blokkolja aktivitását. Fourier spektroszkópiát alkalmaznak a metabolikus utak tanulmányozására .
A zöld algák klorofill antennarendszereit csökkentik vagy lerövidítik, hogy maximalizálják a fény H 2 -vé történő fotobiológiai átalakulásának hatékonyságát . A lerövidített rendszer minimalizálja a fény elnyelését és pazarló szóródását az egyes sejteken keresztül, ami viszont növeli a fényfelhasználás hatékonyságát és növeli a fotoszintézis termelékenységét zöldalga kolóniákban.
Egy Texas állam méretű hidrogéntermelő algafarm elegendő hidrogént termelne ahhoz, hogy az egész világ szükségleteit kielégítse. . Körülbelül 25 000 km² elegendő az USA benzinfogyasztásának ellensúlyozására . Ez tízszer kevesebb, mint amit az Egyesült Államok mezőgazdaságában szójabab termesztésére használnak [4] .
A hidrogénképző mikroorganizmusok széles körben elterjedtek a természetben. Például egy növekvő Rhodopseudomonas capsulata kultúra 200-300 ml hidrogént bocsát ki 1 gramm száraz biomasszára [5] . A hidrogén mikrobiológiai képződése származhat szénhidrát jellegű vegyületekből ( keményítő , cellulóz ).