Producția biologică de hidrogen folosind alge este un proces de scindare biologică a apei, însoțit de eliberarea de hidrogen molecular , care este realizat într-un fotobioreactor închis de algele verzi unicelulare - chlamydomonas sau chlorella . Această tehnologie de generare a biohidrogenului se bazează pe comutarea adaptivă a fotometabolismului algelor ca răspuns la condițiile de mediu neoptimale și a fost propusă în anii 1990 după descoperirea emisiei de hidrogen de către o cultură de Chlamydomonas Reinhardt , care a fost cauzată de deficiența de sulf .
În 1939, cercetătorul german Hans Gaffron , în timp ce lucra la Universitatea din Chicago , a descoperit că alga verzi pe care o studia, Chlamydomonas reinhardtii , trecea uneori de la producția de oxigen la producția de hidrogen [1] . Gaffron nu a putut determina motivul acestei schimbări. La sfârșitul anilor 1990, profesorul Anastasis Melis , în timp ce lucra ca cercetător la Berkeley, a descoperit că în condițiile lipsei de sulf, chlamydomonas oprește fotosinteza cu eliberarea de oxigen și trec la eliberarea de hidrogen. El a descoperit enzima responsabilă pentru acest comportament, hidrogenaza , care nu funcționează în prezența oxigenului. Melis a descoperit că înfometarea de sulf întrerupe circulația internă a oxigenului, schimbând mediul hidrogenazei, astfel încât aceasta devine capabilă să sintetizeze hidrogen. Ulterior, a fost descoperită o altă specie de Chlamydomonas promițătoare pentru producerea de biohidrogen - Chlamydomonas moeweesi .
În 2006, cercetătorii de la Universitatea din Bielefeld și de la Universitatea din Queensland au modificat genetic alga unicelulară Chlamydomonas reinhardtii pentru a produce cantități semnificativ mai mari de hidrogen [2] . Algele mutante Stm6 rezultate pot, pentru o lungă perioadă de timp, să producă de cinci ori mai mult hidrogen decât strămoșul său și să ofere o eficiență energetică de 1,6-2,0%.
2006 Lucrare nepublicată de la UC Berkeley (program condus de MRIGlobal ) sub contract cu National Renewable Energy Lab promite să dezvolte o tehnologie cu o eficiență energetică de 10% Se pretinde a fi prin scurtarea stivei [3] .
2006 - Un bioreactor prototip care conține 500-1000 de litri de cultură de alge este dezvoltat la Universitatea din Karlsruhe . Acest reactor este folosit pentru a demonstra fezabilitatea unor sisteme de acest tip rentabile în următorii cinci ani.
Biofotoliza apei este descompunerea apei în hidrogen și oxigen cu participarea sistemelor microbiologice.
În timpul fotosintezei, cianobacteriile și algele verzi descompun apa în ioni de hidrogen și electroni. Electronii sunt transferați la ferredoxină, [FeFe]-hidrogenaza îi transferă la protoni cu formarea de hidrogen gazos. Fotosistemul II Chlamydomonas reinhardtii produce 80% din electroni în radiația solară directă, care în cele din urmă își găsesc drumul în hidrogen gazos. LHCBM9 este o proteină II de recoltare a luminii într-un complex de recoltare a luminii care susține eficient energia solară. [FeFe]-hidrogenaza necesită condiții anaerobe deoarece oxigenul îi blochează activitatea. Spectroscopia Fourier este aplicată pentru studiul căilor metabolice .
Sistemele de antene cu clorofilă din algele verzi sunt reduse sau scurtate pentru a maximiza eficiența conversiei fotobiologice a luminii în H 2 . Sistemul scurtat minimizează absorbția și risipa risipă a luminii prin celulele individuale, ceea ce, la rândul său, crește eficiența utilizării luminii și crește productivitatea fotosintezei în coloniile de alge verzi.
O fermă de alge producătoare de hidrogen de mărimea statului Texas ar produce suficient hidrogen pentru a satisface nevoile lumii întregi. . Aproximativ 25.000 km² este suficient pentru a compensa consumul de benzină din SUA . Aceasta este de zece ori mai mică decât cea folosită în agricultura SUA pentru cultivarea soiei [4] .
Microorganismele care formează hidrogen sunt larg distribuite în natură. De exemplu, o cultură în creștere de Rhodopseudomonas capsulata eliberează 200–300 ml de hidrogen per 1 gram de biomasă uscată [5] . Formarea microbiologică a hidrogenului poate proveni din compuși de natură carbohidrată ( amidon , celuloză ).