Рано или поздно человечество столкнется с глобальной энергетической проблемой. Понимая это, ученые ищут альтернативные методы получения энергии, в том числе с помощью солнца и ветра. А кое-где пошли еще дальше: в Канаде и Англии, например, разрабатываются проекты электростанций, использующих силу «лунных» приливов.
В последние десятилетия ушедшего столетия и в начале нынешнего внимание исследователей привлек водород. Ученые видят в водородной энергетике достойную замену нефти и газу. Главное достоинство водородного топлива в том, что при его горении образуется только вода и не загрязняется атмосфера. Несмотря на усилия исследователей, проблема дешевого производства этого газа в достаточных количествах по-прежнему актуальна.
Практически неисчерпаемым его источником могут стать… водоросли. Их можно использовать для получения молекулярного водорода фотобиологическим способом. С этой целью водоросли изучают не только в Великобритании, Германии, США, России и других странах мира. Серьезных результатов добились отечественные ученые-биологи из Института биофизики и клеточной инженерии Национальной академии наук Беларуси. Заведующий лабораторией биофизики и биохимии растительной клетки доктор биологических наук Николай Шалыго и кандидат биологических наук, научный сотрудник этой лаборатории, руководитель научной группы «Биохимия и биотехнология микроорганизмов» Станислав Мельников создали условия, при которых водоросли могут выделять водород, разработали схему так называемого фотобиореактора для получения водорода.
Водоросли выделяют водород, если попадают в условия острого дефицита углекислоты или ее полного отсутствия, чтобы тем самым избавиться от опасного избытка протонов.
— Продуцировать водород могут все водоросли, однако мы использовали 10 видов, в том числе и те, которые имеются в нашей стране, — рассказывают ученые. — Приступая к исследованиям, поставили перед собой цель добиться того, чтобы получаемая продукция была экономически выгодной. Мы подобрали условия, при которых водоросли выделяют большой объем этого газа. В зарубежных научных публикациях сказано, что экономически целесообразным считается уже тот процесс, при котором 1 литр суспензии водорослей выделяет в час 2,5 кубического сантиметра водорода. Нам же удалось создать такие условия, при которых эта величина была выше в 2—3 раза.
Обычно в лишенную углекислого газа среду помещают суспензию клеток водорослей. От этого способа решили отказаться, модифицировав саму среду обитания растений. Были подобраны соединения, которые увеличивают и ускоряют выход водорода за счет активации ферментов, участвующих в его выделении.
Процесс выделения можно усилить, если использовать не только те субстраты окисления, которые накопились в процессе фотосинтеза, а дополнительно добавить, например, глюкозу, ацетат натрия и другие. Тогда сама клетка превращается в фабрику по производству водорода.
— В таких условиях клетки водорослей могут существовать не до бесконечности: они выделяют водород около 12 дней, а потом истощаются и погибают, — комментируют ученые. — После их гибели остается биомасса водорослей, которую можно применять повторно. Для этого к ней необходимо добавить определенный вид бактерий. В результате она используется бактериями опять же как источник для выделения водорода.
Попутно было обнаружено, что водород в расчете на единицу объема культуры активнее выделяется не из одного вида водорослей, а из нескольких — двух и даже трех, совместно выращиваемых. Этот факт исследователи объясняют тем, что разные водоросли в среду обитания выделяют разные физиологически активные вещества, которые становятся стимулирующим фактором для других водорослей. При этом смешанные культуры водорослей в одних и тех же условиях дают на 30—40 процентов ценного газа больше, чем соответствующие монокультуры.
Водороду, как экологическому виду топлива, ученые предсказывают великое будущее. Отрадно, что разработки белорусских биологов вносят лепту в альтернативную энергетику.
