Illés, Margaréta2019. július 20., szombat
Tudomány

Mégis van rá mód, hogy algákkal termeljünk tiszta hidrogént

2019.06.12.NG
National Geographic Magyarország

Az eddigieknél hatékonyabban lehet hidrogéngázt előállítani zöldalgák segítségével az MTA Szegedi Biológiai Kutatóközpontjában (MTA SZBK) kifejlesztett új módszerrel, laboratóriumi módszerekkel.

Forrás: MTA SZBK

A 2010 óta folyó kutatásnak már több olyan eredménye van, amelyek együttesen arra utalnak, hogy a jövőben a szabadban, de legalábbis üvegházakban környezetbarát módon lehet hidrogént termelni.

A kőolaj- és vegyipar, valamint az élelmiszeripar nagy mennyiségben használ hidrogéngázt (H2), amelyet jelenleg a legnagyobb mennyiségben földgázból állítanak elő, ami rendkívül nagy szén-dioxid-kibocsátással jár. A hidrogént védőgázként, nyomjelző gázként, hűtőközegként is használják. A gáz, vagy a cseppfolyós halmazállapotban is tárolható hidrogén energiahordozóként, üzemanyagként is beválna, amennyiben sikerül nagy mennyiségben, jelentős üvegházgáz-kibocsátás nélkül termelni.

A zöldalgák (például a Chlamydomonas reinhardtii) a fotoszintézis során fény és víz felhasználásával cukrokat állítanak elő, de képesek hidrogén termelésére is. Az élő szervezeteket tekintve elméletileg ez a leghatékonyabb módja a napsugárzás kémiai energiává alakításának: a természetben is megtalálható zöldalgafajoknál ez a hatékonyság mintegy 13 százalék, ami egy nagyságrenddel jobb, mint a biomassza-alapú megújuló energiaforrások esetében.

A Chlamydomonas reinhardtii egysejtű zöldalga mikroszkópképen
Forrás: MTA SZBK

Hogyan termel H2-t az alga?
A természetben a fotobiológiai úton történő hidrogéntermelés csak néhány percig tart: a zöldalgák éjszaka gyakran kerülnek oxigénmentes környezetbe, aminek hatására hidrogenáz enzimek képződnek. Amikor felkel a nap, megindul a hidrogéntermelés, majd a fotoszintézis során termelt nagy mennyiségű oxigén hatására a hidrogenáz enzimek elveszítik aktivitásukat, s a hidrogéntermelés leáll.

A hidrogéntermelés folyamata meghosszabbítható, ha az algát stresszhatásnak tesszük ki, például megfosztjuk a kéntől. E módszer azonban biotechnológiai szempontból nem hasznosítható, mivel nem elég hatékony, továbbá a kénhiány olyan jelentős stresszfaktor, amely miatt néhány napon belül a sejtek elpusztulnak. „E tényezők erősen megkérdőjelezték, hogy az algák egyáltalán hasznosíthatók lesznek-e a jövőben ipari hidrogéntermelésre” – mondja Tóth Szilvia Zita, az MTA SZBK Lendület Molekuláris Fotobioenergetikai Csoportjának tudományos főmunkatársa.

„Az általunk kidolgozott újabb módszer alapja az, hogy az algasejtek számára nem biztosítunk sem szén-dioxidot, sem más szénforrást, így a fotoszintetikus apparátus által szállított elektronok és protonok a szén-dioxid-fixáció helyett hidrogéntermelésre fordítódnak. A módszer nem jár erős stresszhatással, a fotoszintetikus apparátus több nap után is megfelelően működik. Értelemszerűen nem szükséges szénforrás, harmadrészt pedig a megoldás hatékonyabb, mint a korábbi, kénmegvonásos hidrogéntermelés” – foglalja össze az eddig elért eredményeket Tóth Szilvia Zita. A kutató Iftach Yacobyval, a Tel-avivi Egyetem Megújuló Energiaforrások Laboratóriumának vezetőjével közös cikke a napokban jelent meg a Trends in Biotechnology folyóiratban.

Precíziós nemesítés és fotobioreaktor
Ipari nagyságrendben és a gazdaságos termeléshez maximalizálni kell az algák hidrogéntermelésének hatékonyságát, amihez például biztosítani kell, hogy a hidrogén és az oxigén gyorsan eltávozzon az algakultúrából. Ehhez speciálisan kialakított foto-bioreaktor szükséges.

Ha abból indulunk ki, hogy egy mediterrán sivatagos területen egy négyzetméterre 7726 MJ napenergia érkezik évente, vad algafajok felhasználásával – a maximális elméleti hatásfok elérése esetén – körülbelül 7 kilogramm hidrogén termelhető. Az algatörzsek precíziós nemesítésével a hidrogéntermelés hatásfoka tovább növelhető – derül ki a tanulmányból. Az is fontos szempont, hogy az algakultúrák a hidrogéntermelés alatt jól bírják a szabadföldi fényterhelést.

A kísérletek jelenleg kis méretű foto-bioreaktorok felhasználásával folynak a Szegedi Biológiai Kutatóközpontban. A légmentesen zárt üvegeket több napon át monitorozzák a kutatók, gázkromatográfia segítségével mérve a hidrogén- és oxigéntermelés szintjét. Nemrégiben növelték a térfogatot, az algakultúrákat nagy töménységben, de vékony rétegben helyezik el a foto-bioreaktorban, és ezzel együtt megnövelték a gáztérfogatot. „Legújabban az automatizáláson dolgozunk, hogy online módon is mérni tudjuk a hidrogén- és oxigéntermelést. A következő lépés pedig egy üvegházi foto-bioreaktor építése lesz, egy-két éven belül. Ez újabb léptékváltást jelent, s egy ilyen reaktornak is nyilván automatizáltnak kell lennie” – teszi hozzá a kutató.

A kutató elmondta: alapvetően a fotoszintézis, továbbá a C-vitamin kutatásával foglalkozik. Az első eredmény az volt, amikor munkatársaival bebizonyították, a C-vitamin hatással van az algák hidrogéntermelésére. Fokozatosan haladtak az alapkutatási folyamatoktól a gyakorlati alkalmazás irányába, amelynek egyik fontos állomása volt, hogy módszerükre 2017-ben európai szintű szabadalmat jelentettek be (Nagy Valéria és Tóth Szilvia Zita, PCT/EP2018/053115). A további lépésekhez ipari partnereket keresnek.

„Soha nem gondoltam volna, hogy egy multicéggel fogok tárgyalni a kutatási eredményeim alkalmazásáról. De ha alapkutatással foglalkozva új és új lehetőségek nyílnak meg az ember előtt, akkor azokkal nyilván élni fog” – mondja a kutató.

Tóth Szilvia Zita ugyanakkor a túlzott várakozásoktól is óvni szeretne. A tanulmányban is igyekeztek felhívni a figyelmet arra, hogy folyamatban levő kutatásról van szó. Azt nem lehet garantálni, hogy a kidolgozott hidrogéntermelési módszer ipari méretekben is rentábilis lesz, és például elegendő mennyiségben lehet majd hidrogént előállítani az autóipar számára. „Ami az ipari felhasználást illeti, még számos tényezőt nem látunk előre. Az sem kizárt, hogy a módszer speciális célokra válik be majd a legjobban. Gondoljunk az élelmiszeriparra, amely szintén sok hidrogént használ fel, az algák segítségével előállított hidrogén pedig rendkívül tiszta és biológiai eredetű.”

Hozzászólások

Megsemmisült a kínai Tienkung-2 űrállomás

Megsemmisült a kínai Tienkung-2 űrállomás

A Tienkung-2 (Mennyei Palota) kínai kísérleti űrállomás 2019. július 19-én délután a Csendes-óceán felett visszatért a légkörbe és elégett.

Folyamatosan süllyed az egyik amerikai állam

Folyamatosan süllyed az egyik amerikai állam

Egy új jelentés szerint a korábbi feltételezésnek megfelelően Louisiana állam valóban süllyed.

A Holdra szállás évfordulója előtt

A Holdra szállás évfordulója előtt

Az Apollo 11 expedíció volt eddig a NASA leghíresebb küldetése, amely először juttatott embert a Holdra, 1969. július 20-án.

A környezettől függ a biológiai védekezés hatása

A környezettől függ a biológiai védekezés hatása

Egyre több növénytermesztő igyekszik a káros rovarirtó szerek helyett a kártevők természetes ellenségeit segítségül hívni, azonban a siker nem egyértelmű a biológiai védekezésben.

Házi kedvencekkel küzdhetünk a stressz ellen

Házi kedvencekkel küzdhetünk a stressz ellen

Egy friss tanulmány szerint a kutyákkal és macskákkal töltött idő csökkentheti a stresszt.

National Geographic 2019. júliusi címlap

Előfizetés

A nyomtatott magazinra,
12 hónapra

8 220 Ft

Korábbi számok

National Geographic 2010. januári címlapNational Geographic 2010. februári címlapNational Geographic 2010. márciusi címlapNational Geographic 2010. áprilisi címlapNational Geographic 2010. májusi címlapNational Geographic 2010. júniusi címlapNational Geographic 2010. júliusi címlapNational Geographic 2010. augusztusi címlapNational Geographic 2010. szeptemberi címlapNational Geographic 2010. októberi címlapNational Geographic 2010. novemberi címlapNational Geographic 2010. decemberi címlapNational Geographic 2011. januári címlapNational Geographic 2011. februári címlapNational Geographic 2011. márciusi címlapNational Geographic 2011. áprilisi címlapNational Geographic 2011. májusi címlapNational Geographic 2011. júniusi címlapNational Geographic 2011. júliusi címlapNational Geographic 2011. augusztusi címlapNational Geographic 2011. szeptemberi címlapNational Geographic 2011. októberi címlapNational Geographic 2011. novemberi címlapNational Geographic 2011. decemberi címlapNational Geographic 2012. januári címlapNational Geographic 2012. februári címlapNational Geographic 2012. márciusi címlapNational Geographic 2012. áprilisi címlapNational Geographic 2012. májusi címlapNational Geographic 2012. júniusi címlapNational Geographic 2012. júliusi címlapNational Geographic 2012. augusztusi címlapNational Geographic 2012. szeptemberi címlapNational Geographic 2012. októberi címlapNational Geographic 2012. novemberi címlapNational Geographic 2012. decemberi címlapNational Geographic 2013. januári címlapNational Geographic 2013. februári címlapNational Geographic 2013. márciusi címlapNational Geographic 2013. áprilisi címlapNational Geographic 2013. májusi címlapNational Geographic 2013. júniusi címlapNational Geographic 2013. júliusi címlapNational Geographic 2013. augusztusi címlapNational Geographic 2013. szeptemberi címlapNational Geographic 2013. októberi címlapNational Geographic 2013. novemberi címlapNational Geographic 2013. decemberi címlapNational Geographic 2014. januári címlapNational Geographic 2014. februári címlapNational Geographic 2014. márciusi címlapNational Geographic 2014. áprilisi címlapNational Geographic 2014. májusi címlapNational Geographic 2014. júniusi címlapNational Geographic 2014. júliusi címlapNational Geographic 2014. augusztusi címlapNational Geographic 2014. szeptemberi címlapNational Geographic 2014. októberi címlapNational Geographic 2014. novemberi címlapNational Geographic 2014. decemberi címlapNational Geographic 2015. januári címlapNational Geographic 2015. februári címlapNational Geographic 2015. márciusi címlapNational Geographic 2015. áprilisi címlapNational Geographic 2015. májusi címlapNational Geographic 2015. júniusi címlapNational Geographic 2015. júliusi címlapNational Geographic 2015. augusztusi címlapNational Geographic 2015. szeptemberi címlapNational Geographic 2015. októberi címlapNational Geographic 2015. novemberi címlapNational Geographic 2015. decemberi címlapNational Geographic 2016. januári címlapNational Geographic 2016. februári címlapNational Geographic 2016. márciusi címlapNational Geographic 2016. áprilisi címlapNational Geographic 2016. májusi címlapNational Geographic 2016. júniusi címlapNational Geographic 2016. júliusi címlapNational Geographic 2016. augusztusi címlapNational Geographic 2016. szeptemberi címlapNational Geographic 2016. októberi címlapNational Geographic 2016. novemberi címlapNational Geographic 2016. decemberi címlapNational Geographic 2017. januári címlapNational Geographic 2017. februári címlapNational Geographic 2017. márciusi címlapNational Geographic 2017. áprilisi címlapNational Geographic 2017. májusi címlapNational Geographic 2017. júniusi címlapNational Geographic 2017. júliusi címlapNational Geographic 2017. augusztusi címlapNational Geographic 2017. szeptemberi címlapNational Geographic 2017. októberi címlapNational Geographic 2017. novemberi címlapNational Geographic 2017. decemberi címlapNational Geographic 2018. januári címlapNational Geographic 2018. februári címlapNational Geographic 2018. márciusi címlapNational Geographic 2018. áprilisi címlapNational Geographic 2018. májusi címlapNational Geographic 2018. júniusi címlapNational Geographic 2018. júliusi címlapNational Geographic 2018. augusztusi címlapNational Geographic 2018. szeptemberi címlapNational Geographic 2018. októberi címlapNational Geographic 2018. novemberi címlapNational Geographic 2018. decemberi címlapNational Geographic 2019. januári címlapNational Geographic 2019. februári címlapNational Geographic 2019. márciusi címlapNational Geographic 2019. áprilisi címlapNational Geographic 2019. májusi címlapNational Geographic 2019. júniusi címlapNational Geographic 2019. júliusi címlap

Hírlevél feliratkozás

Kérjük, erősítsd meg a feliratkozásod az e-mailben kapott linkre kattintva!

Kövess minket