Ny tilgang til fotosyntetisk produktion af kulstofneutralt biobrændstof fra grønne alger

Reduktion af CO2 -emissioner for at forhindre klimaændringer kræver udvikling af nye teknologier til bæredygtig og vedvarende biobrændstofproduktion. Molekylær brint betragtes som en af ​​de mest lovende energibærere på grund af sin høje energitæthed og rene, kulfri brug. En forskergruppe fra Universitetet i Turku, Finland, har opdaget en effektiv måde at omdanne solenergi til biohydrogenets kemiske energi gennem fotosyntesen af ​​grønne alger, der fungerer som cellefabrikker.

Under fotosyntesen, grønne alger udnytter høstet solenergi til at spalte vand, frigive ilt til atmosfæren og producere biomasse, der fungerer som en fremragende fødevare i det blå bioraffinaderi.

Grønne alger er også effektive biokatalysatorer og kan omdanne solenergi og kuldioxid direkte til forskellige værdifulde forbindelser, såsom vitaminer, antioxidanter, polymerer, og kulhydrater.

"Når algeceller først inkuberes under anaerobe forhold i mørket og derefter udsættes for lys, de begynder at producere brint effektivt, men desværre kun i et par sekunder, "siger lederen af ​​forskningsgruppen, Yagut Allahverdiyeva-Rinne, Lektor i molekylær plantebiologi ved universitetet i Turku.

Forskere har allerede i årtier troet, at den største hindring for den længerevarende brintproduktion i alger i lys er ødelæggelsen af ​​hydrogenaseenzymet, et centralt element i denne proces, som er forårsaget af ilt.

"Da alger konstant frigiver ilt under deres fotosyntese, der sker samtidig med produktionen af ​​brint, opretholdelse af anaerobe forhold i oplyste kulturer har været særlig besværlig, " siger seniorforsker Sergey Kosourov, medlem af forskningsgruppen.

Ny og økologisk bæredygtig metode til fremstilling af biobrint

Forskerne ved universitetet i Åbo besluttede at anvende den viden, der er hentet fra grundforskningen om fotosyntese af alger, og etablerede en ny metode til fremstilling af brint, der ikke udsætter grønalger for yderligere ernæringssult og, dermed, uden at påføre cellerne nogen væsentlig belastning.

Forskerne viste, at produktionen af ​​brint kunne forlænges betydeligt ved blot at udsætte de anaerobe algekulturer for et tog af stærke, men korte lysimpulser, som afbrydes af længere mørke perioder.

"Under disse betingelser, algekulturer udsat for sollys akkumulerer ikke ilt i mediet. Ud over, alger styrer elektronerne som følge af nedbrydning af vand og oplades af sollys til brintproduktion i stedet for biomasseakkumulering. Processen varer i, i det mindste, flere dage, og den maksimale hastighed for produktion af brint sker i løbet af de første otte timer, " siger Kosourov.

Undersøgelsen viste tydeligt, at en stor hindring for effektiv hydrogenproduktion ikke er ilt, men en stærk konkurrence mellem to metaboliske veje:kuldioxidfiksering, der fører til biomasseakkumulering og hydrogenaseenzymet, der katalyserer fotoproduktion af brint.

"Undersøgelsen åbner op for nye muligheder for opførelse af effektive levende cellefabrikker til produktion af biobrændstoffer og forskellige kemikalier direkte fra sollys, kuldioxid og vand. Forskningen giver vigtig information om, hvordan man undgår at "spilde" soldrevet energi i biomasseproduktion, og hvordan man anvender denne energi direkte til produktion af nyttige bioprodukter, " siger Allahverdiyeva-Rinne.

Den nye metode, som forskerne har udviklet, er værdifuld både for grundforskningen af ​​fotosyntese af alger og for industrisektorens forsknings- og udviklingsarbejde, når der skal produceres nye teknologier til storskalaproduktion af kulstofneutrale biobrændstoffer.