Биоводород — это энергия будущего: молодые ученые из Пущина победили в конкурсе к 300-летию РАН
Команда молодых ученых из пущинского Института фундаментальных проблем биологи РАН Махмадюсуф Хасимов и Екатерина Майорова вошла в число победителей конкурса, организованного Российской академией наук при поддержке Роспатента к 300-летию РАН.
Конкурсная комиссия отметила их разработки в области альтернативной энергетики. Ученые использовали фототропные микроорганизмы для получения биоводорода и топливных элементов.
Эксперты считают, что уже в недалеком будущем развитие водородной энергетики позволит достичь более экологически чистого производства и транспортировки. Задачи по активному развитию водородного направления определены в «Энергетической стратегии РФ на период до 2035 года».
В лаборатории биотехнологии и физиологии фототрофных организмов занимаются совершенствованием производства «зеленого» водорода. Другими словами, водород здесь получают с помощью биомассы.
«Проводятся исследования по изучению возможности использования фотосинтезирующих микроорганизмов для получения практически значимых соединений. Одним из них является биоводород, который можно преобразовать в электрический ток. Продуцентами могут быть цианобактерии, микроводоросли, пурпурные несерные бактерии», — рассказала старший научный сотрудник лаборатории Екатерина Петушкова.
Бактерии, выделяющие водород, выращивают в биореакторе. Затем газообразный водород аккумулируется в специальном хранилище. В дальнейшем его возможно использовать как топливо или преобразовать в электрическую энергию, направив на электрод топливного элемента.
Научная группа Екатерины Майоровой и Махмадюсуфа Хасимова решала две связанные задачи. Это поиск так называемых суперпродуцентов, то есть бактерий, которые способны выделять максимальное количество водорода, подбор эффективных субстратов для культивирования таких микроорганизмов.
«Понимание того, какие метаболические процессы происходят в клетке, помогает заставить бактерию работать на исследователя и ситезировать целевой продукт в большем количестве. Знание метаболических процессов протекающих в клетке, позволит планировать мутации для создания наиболее прерспективных штаммов суперпродуцентов целевых веществ», — отметила младший научный сотрудник Екатерина Майорова.
Вторая важная задача — модифицировать электрод топливного элемента. Обычно при его создании используют платину в качестве катализатора. Но этот способ очень дорогой, а ресурсы платины ограничены. Поэтому актуально создание наиболее доступного катализатора, который в будущем поможет сделать производство электроэнергии из водорода экономически оправданным.
Ученые из Пущина предлагают использовать электрод на основе бактериального фермента гидрогеназы. Это распространенный фермент. В настоящее время известно более 100 микроорганизмов, в которых обнаружены ферменты, проявляющие такую активность.
«Химическую энергию биоводорода можно преобразовывать в электрическую энергию с помощью топливных элементов. Наиболее перспективны топливные элементы на основе биологических ферментов, в нашем случае, — гидрогеназы. Моя работа заключается в выделении самого фермента и гидрогеназного комплекса для понимания его взаимодействия с первичными донорами и акцепторами электронов», — сообщил младший научный сотрудник Махмадюсуф Хасимов.
Пока электричество таким способом вырабатывается в небольших масштабах. Ранее ученые провели расчет, что для обеспечения электричеством частного домовладения на юге России необходим биореактор объемом порядка трех кубических метров. Пока таких установок не существует, но исследования молодых пущинских ученых в будущем помогут повысить эффективность получения биоводорода и уменьшить объем биореакторов для выработки возобновляемого топлива. Процесс может быть сопряжен с утилизацией органических отходов, что важно с точки зрения сохранения окружающей среды.
Всего победителями конкурса, организованного Российской академией наук при поддержке Роспатента к 300-летию РАН стали 16 научных разработок в четырех номинациях «Искусственный интеллект и квантовые технологии», «Альтернативные источники энергии», «Генетика и биомедицина», «Новые материалы и химические процессы» из 347 работ, представляющих 45 регионов страны.
Фото, видео, текст — Мария Панина
Команда молодых ученых из пущинского Института фундаментальных проблем биологи РАН Махмадюсуф Хасимов и Екатерина Майорова вошла в число победителей конкурса, организованного Российской академией наук при поддержке Роспатента к 300-летию РАН.
Конкурсная комиссия отметила их разработки в области альтернативной энергетики. Ученые использовали фототропные микроорганизмы для получения биоводорода и топливных элементов.
Эксперты считают, что уже в недалеком будущем развитие водородной энергетики позволит достичь более экологически чистого производства и транспортировки. Задачи по активному развитию водородного направления определены в «Энергетической стратегии РФ на период до 2035 года».
В лаборатории биотехнологии и физиологии фототрофных организмов занимаются совершенствованием производства «зеленого» водорода. Другими словами, водород здесь получают с помощью биомассы.
«Проводятся исследования по изучению возможности использования фотосинтезирующих микроорганизмов для получения практически значимых соединений. Одним из них является биоводород, который можно преобразовать в электрический ток. Продуцентами могут быть цианобактерии, микроводоросли, пурпурные несерные бактерии», — рассказала старший научный сотрудник лаборатории Екатерина Петушкова.
Бактерии, выделяющие водород, выращивают в биореакторе. Затем газообразный водород аккумулируется в специальном хранилище. В дальнейшем его возможно использовать как топливо или преобразовать в электрическую энергию, направив на электрод топливного элемента.
Научная группа Екатерины Майоровой и Махмадюсуфа Хасимова решала две связанные задачи. Это поиск так называемых суперпродуцентов, то есть бактерий, которые способны выделять максимальное количество водорода, подбор эффективных субстратов для культивирования таких микроорганизмов.
«Понимание того, какие метаболические процессы происходят в клетке, помогает заставить бактерию работать на исследователя и ситезировать целевой продукт в большем количестве. Знание метаболических процессов протекающих в клетке, позволит планировать мутации для создания наиболее прерспективных штаммов суперпродуцентов целевых веществ», — отметила младший научный сотрудник Екатерина Майорова.
Вторая важная задача — модифицировать электрод топливного элемента. Обычно при его создании используют платину в качестве катализатора. Но этот способ очень дорогой, а ресурсы платины ограничены. Поэтому актуально создание наиболее доступного катализатора, который в будущем поможет сделать производство электроэнергии из водорода экономически оправданным.
Ученые из Пущина предлагают использовать электрод на основе бактериального фермента гидрогеназы. Это распространенный фермент. В настоящее время известно более 100 микроорганизмов, в которых обнаружены ферменты, проявляющие такую активность.
«Химическую энергию биоводорода можно преобразовывать в электрическую энергию с помощью топливных элементов. Наиболее перспективны топливные элементы на основе биологических ферментов, в нашем случае, — гидрогеназы. Моя работа заключается в выделении самого фермента и гидрогеназного комплекса для понимания его взаимодействия с первичными донорами и акцепторами электронов», — сообщил младший научный сотрудник Махмадюсуф Хасимов.
Пока электричество таким способом вырабатывается в небольших масштабах. Ранее ученые провели расчет, что для обеспечения электричеством частного домовладения на юге России необходим биореактор объемом порядка трех кубических метров. Пока таких установок не существует, но исследования молодых пущинских ученых в будущем помогут повысить эффективность получения биоводорода и уменьшить объем биореакторов для выработки возобновляемого топлива. Процесс может быть сопряжен с утилизацией органических отходов, что важно с точки зрения сохранения окружающей среды.
Всего победителями конкурса, организованного Российской академией наук при поддержке Роспатента к 300-летию РАН стали 16 научных разработок в четырех номинациях «Искусственный интеллект и квантовые технологии», «Альтернативные источники энергии», «Генетика и биомедицина», «Новые материалы и химические процессы» из 347 работ, представляющих 45 регионов страны.
Фото, видео, текст — Мария Панина
