Hva er prosessen som skaper hydrogen fra Biodrivstoff

Biologisk produksjon av hydrogen er et spennende felt i alternativ energi forskning. Nåværende fremgangsmåter faller inn under en av tre klasser: fotosyntese, gjæring og mikrobiell elektrolyse. Alle tre slutt stole på energi fra sollys til å drive en energisk-ugunstig reaksjon, redusere to hydrogenioner (dvs. donerer elektroner til dem) for å danne H2.

Fotosyntese

I de lyse reaksjoner av fotosyntesen i grønne alger, blir lysenergi høstet for å drive adenosin trifosfat (ATP) og reduksjon (dvs. elektron vinning) av nikotinamid-adenin-dinukleotid-fosfat (NADP + eller, når redusert, NADPH). NADPH reduseres med et enzym kalt ferredoxin-NADP-reduktase, som aksepterer elektroner fra et molekyl som kalles ferredoxin. Vanligvis NADPH vil donere elektroner til et mellomprodukt i Calvin syklus, prosessen ved hvilken fotosyntetiske organismer slå karbondioksid til nyttige organiske forbindelser. Under anaerobe (oksygenfrie) forhold, imidlertid, og hvis karbondioksid er en mangelvare, noen alger kan induseres til å donere elektroner fra ferredoxin til et enzym kalt hydrogenase stedet. Hydrogenase katalyserer reduksjonen av 2-H + til H2, og dermed produsere hydrogen.

fermentering

Celler som de i kroppen eller bakterier i en tønne bryte ned molekyler av glukose i molekyler av pyruvat, utvinne energi underveis. I mange organismer, kan den pyruvat brukes til å drive ytterligere ATP produksjon gjennom en annen serie av hendelser; alternativt kan den bli kjemisk forandret gjennom en prosess som kalles gjæring. Ulike arter av bakterier kan bruke elektroner fra pyruvat til å redusere to H + til H2 under gjæring. Noen av disse bakteriene er obligate anaerober, betyr at de ikke kan overleve i nærvær av oksygen. Andre er fakultative anaerobe, noe som betyr at de kan leve med eller uten oksygen. De obligate anaerobe typisk oksidere pyruvat og overføre elektroner de får dermed ferredoxin og videre til en hydrogenase, mens fakultative anaerobe bruke en annen prosess. Bakteriene kan bruke andre molekyler i tillegg til hydrogen som elektron akseptorer for gjæring.

Mikrobiell elektrolyseceller

Mikrobielle elektrolyseceller, eller mecs, er en uvanlig ny teknologi som bruker bakterier for å drive en form for mikrobiell batteri. Bakteriene er festet til anoden i cellen, hvor de oksiderer forbindelser som etanol, acetat eller butyrat, for derved å overføre elektroner til det ledende faststoff. Disse elektronene strømme gjennom en ekstern ledning til katoden, hvor de reagerer med vann og produsere hydrogengass. En ekstern strømforsyning må også inkluderes for å øke spenningen av elektroner i det ytre krets; likevel, mikrober bidra til å forsyne den nødvendige kraft og derved i vesentlig grad å redusere mengden av elektrisk kraft som er nødvendig for elektrolysen.

utfordringer

Ingen av disse metoder er for tiden i levedyktig for hydrogenproduksjon i stor skala. De hydrogenases brukes av fotosyntetiske organismer er svært følsomme for tilstedeværelse av oksygen, og fotosyntesehydrogenproduksjon fremdeles er for lite effektive til å være praktisk. Fermenteringsprosessen har et lavt utbytte og også gir uønskede organiske forbindelser, som butyrat og etanol, som uønskede biprodukter. Dessuten krever gjæring inngang av sukkere avledet fra planter eller andre avlinger, noe som kan skape en potensiell konflikt mellom matvare og brennstofftilførsel. MEC tilnærming må en ekstern strømkilde, og hvis prosessen ikke er effektiv nok, til mengden elektrisitet som kreves vil gjøre det for dyrt å være praktisk. Utfordringer som disse må overvinnes før biologisk produksjon av hydrogen kan tilby samfunnet en ny kilde til fornybar energi.