Өсімдіктерден биосутегін алу

Биосутегі (biohydrogen) - ауылшаруашылық осімдіктерінің бутил немесе ацетонобутилді ашу жолымен биобутанолдан алынатын биоотынның газ тәрізді түрі. Бір тонна мелассадан сахароза немесе крахмалдың бутилді ашу әдісі арқылы 140 м3, 1 т тәтті сорганың сабағынан - 50 м3, 1 т картоптан - 42м3 сутегін алуға болады. Ацетонбутилді ашу әдісімен 1т картоптан 25 м3, 1 т тәтті бал жүгері 30 м3 сутегін береді. Ағаш қалдықтарынан термомеханикалық әдіспен биосутегін алуға болады, бірақ осы әдістің құны қымбат.

Қазіргі кезде энергетика мен автокөліктерге сутегін қолдану мен сұраныстың болмауы аталған отын түріне дамыған инфрақұрылымның жоқтығымен шектеледі. Сонымен қоса, сутегін отын ретінде қолдану қауіпті болып табылады: себебі, сутегі ауамен әрекеттесіп, жарылғыш қоспа - газ түзеді, сондықтан ерекше материалдарда сақтауды қажет етеді. Бірақ, экологиялық қауіпсіздік параметрлері бойынша сутегіне жететін зат жоқ. Сутегінің ыдырау реакциясы Н2 + 0, 502 = Н20 кезінде көп мөлшерде қуат болінеді (285, 8 кДж/моль) . Бірақ, атмосфераның ластануы болмайды, себебі, реакция нәтижесінде су буы түзіледі.

Кіріспе

Өсімдіктерден биосутегін алу

Тірі клеткаларда сутегінің түзілуі фотосинтез үрдісінде жарық сезімтал фотохимиялық реакция барысында судың ыдырауы кезінде сутегі донорын қолдану арқылы жүзеге асады. Сонымен қоса, басқа да катаболитикалық реакциялар, атап айтсақ, анаэробты ыдырау нәтижесінде түзіледі. Біз реакцияның бірінші түрін қарастырамыз, себебі, екінші типі дайын органикалық заттарды қолданады. Биофотолиз идеалды түрде келесі теңдеумен сипатталады:

2H20+hv -> 2Н2+ 0 2

dG=113, 4ккaл

Бір уақытта оттегі мен сутегінің бөлінуі жағдайды күрделендіреді. Себебі, пайда болған қоспа жарылғыш болып келеді. Микроорганизмдерде сүтегінің түзілуі гидрогеназа қатысында

жүзеге асады. Жоғары сатыдағы өсімдіктердің фотосинтез аппаратында ондай фермент жоқ болғандықтан сутегін түзбейді, бірақ өсімдіктердің клеткаішілік экстрактісіне гидрогеназаның активті препаратын қосқанда сутегін бөлген.

Әдетте табиғатта сутегінің фотолитикалық түзілуі жүрмейді. Ол көк-жасыл балдырларда азот тапшылығында және клеткасыз заттармен манипуляциялағанда түзілуі мүмкін. Әдеби көздерге сүйенсек, сүтегіні алу үшін клеткалар немесе балдырлар, жоғары сатыдағы өсімдіктер, көк-жасыл балдырлар, жасыл балдырлар экстрактісін, сонымен қоса, фотосинтетикалық бактерияларды қолдануға болады.

Сутегіні өндіру технологиясы

Зертханалық жағдайда биофотолиз негізінде таза сутегін

алу мүмкін болмады. Көк-жасыл балдырлар сутегі мен оттегінің

қоспасын 1% тиімділікпен бөлсе, жоғары сатыдағы өсімдіктердің

клеткаішілік экстрактісі одан да төмен дәрежеде бөледі. Сутегі азот тапшылығы кезінде көп түзілгенімен, ол организмді әлсіздендіреді, сөйтіп, фотосинтетикалық пигменттің шығыны жүзеге асады. Клеткаішілік жүйенің тіршілік кезеңі қысқа, себебі, құрылымдық липидтер мен белоктарға ферменттердің, бос радикалдардың әсері, сонымен қоса гидрогеназаның өзі де тұрақсыз. Тұтас клетка жүйесі барлық клетка аппаратында

физиологиялық жагдайдың сақталуымен сипатталады. Ол үшін энергия жұмсалатыны белгілі, нәтижесінде фотолитикалық реакция тиімділігінің төмендеуі байқалады. Бұл жерде нақты тепе-теңдік жағдайын іздестіру қажет.

Макро және микробалдырлардан биосутегін өндіру

Микроорганизмдерден сутегі өндірісін жақсарту бойынша зерттеулердің көпшілігі штаммдардың генетикалық жақсартылуына негізделген. Соңғы биоэнергетикадағы жетістіктер фототрофты организмдермен жүргізіліп жатқан зерттеулердің нәтиежесінде дамып келеді. Микроорганизмдердің кейбір түрлері қолайлы жағдайларда биосутек өндіре алады. Микробалдырлар, цианобактериялар (гетероцисто түзетін цианобактериялар, жіп тәрізді гетероцист емес цианобактериялар және бір клеткалы цианобактериялар) және күлгін бактериялар биомассадан биосутегі шығара алады. Микробалдырлар мен цианобактериялардың түрлері гидрогеназа және нитрогеназа ферменттерінің көмегімен биосутегі шығарады. Цианобактериялар-эукариотты жасыл балдырлар сияқты оттегі фотосинтетикалық белсенділігі бар прокариоттар. Оларда тек Chl a бар, Chl B жоқ, ал негізгі антенналар-фикобилиндер деп аталатын пигментті ақуыз кешендері болып табылады. Күлгін бактериялар грам-теріс қызғылт және күлгін-қоңыр бактериялар тобын құрайды, оған суды электронды донор ретінде қолдана алмайтын ФЖII түріне кіреді, ал цианобактериялар, балдырлар және жер өсімдіктері сияқты организмдер ФЖII қамтиды

Микроорганизм

Штамм түрі

Жұмыс режимі

Calothrix sp.

жабайы типтегі

Анаэробты ашыту

Anabaena sp.

Д. хм Lmutant

Фото ашыту

Chlamydomonas reinhardtii

Күкіртсіз

Анаэробты ашыту

Scenedesmus obliquus

жабайы типтегі

Фото ашыту

Культивирлеу шарттары

Сутегі алу процесі рН, қоректік заттар, температура және субстрат концентрациясы сияқты бірнеше факторлардың қолайлы жағдайында жүреді. BioH2 өндірісінде қолданылатын жоғары технологиялық фотобиореакторлар осы факторларды қамтамасыз етеді.

Культураның жай-күйі зерттеушілер ғылыми салаларда қолданатын балдырлар мен цианобактериялардың түрлерін қолдана отырып, өнімді биосутегі алудың негізгі факторы болып табылады. Соңғы уақытта микробиологиялық нысандар биосутегінің өнімділігін арттыруға байланысты әртүрлі культуралды жағдайларда және вариацияларда өсірілгені туралы бірнеше қызықты мақалалар жарияланды. Культураның жай-күйі биосутегі өндірісінің ең әсер етуші факторы болып табылады. Ферментация процесінде азот, фосфат және басқа бейорганикалық микроэлементтер сутегі өндірісі үшін қажетті қоспалар болып табылады. Лин және т. б. Ғалымдар микроэлементтердің көміртегіге әсерін зерттеді, ал Yokoi және т. б органикалық азот бейорганикалықпен салыстырғанда сутектің бөлінуіне қолайлы болып табылатынын анықтаған.

Chlamydomonas reinhardtii

Михеева Л. Е. т. б. (1994) мутантты Anabaena variabilis Kutz бөліп алу туралы хабарлады. (Cyanophyta), жасушаларда H2-сіңіру белсенділігінің төмендеуіне байланысты сутек өндіреді.

Мутантты алу үшін ATCC 29413 табиғи типтегі A. variabilis штаммының бактериологиялық таза культурасы қолданылды.

Нитросогуанидин көмегімен химиялық мутагенез жасалды.

Сутегі өндіруге қабілетті штамдарды іздеу азот көзі жоқ тығыз ортада өсу жылдамдығы төмендеген клондар арасында жүргізілді.

РК-17 мутантты штамы жоғары генетикалық тұрақтылыққа және аргон атмосферасында сутегі эволюциясының жоғарылау жылдамдығына ие болды.

Anabaena variabilis

Сутегін алудың биологиялық әдістерінің химиялық және электрохимиялық әдістерге қарағанда негізгі артықшылығы мынада: процестер қоршаған ортада салыстырмалы түрде төмен температурада және атмосфералық қысымда микроорганизмдермен катализденеді. Сонымен қатар, микроорганизмдер өнеркәсіптік ағынды сулар сияқты органикалық су ресурстарынан энергияны қалпына келтіріп, шоғырландыра алады. Жоғарыда айтылғандай, биомасса және әртүрлі қалдықтардың түрлері бар жерлерде шағын қондырғыларда орталықтандырылмаған энергия өндірісін дамыту үшін биологиялық әдістер өте қолайлы, бұл энергия шығындары мен тасымалдау жабдықтарының құнын төмендетуге көмектеседі.

Қазіргі уақытта сутегін алудың әртүрлі биологиялық әдістері ұсынылған және жасалған, оларды шартты түрде екі топқа бөлуге болады:

Ұқсас жұмыстар

Дәрілік шөптерді оқыту

Өсімдіктерден экономикалық маңызы зор заттарды алу

Дәрілік өсімдіктердің морфологиялық белгілері

Ертіс орманы резерваты

Әртүрлі фармакологиялық топтарға жататын препараттарды бөліп алу үшін эқстракциялық препараттардың өндірісінде өсімдік және жануарлық шикізатты кешенді түрде пайдалану

Төменгі молекулярды дірілік заттардың ерітінділері. Жоғары молекулярды ерітінділердің қосындылыры және коллоидтар

Қазақстандағы дәрілік өсімдіктер, соның ішіндегі өзіміздің өлкеде кездесетін дәрілік өсімдіктер

Екіншілік метаболиттер

Көксағыз(каучук) синтезі

Күнбағыстың сұр шірігі