Учёные продвигают новый метод производства водорода из водорослей
Цель нового гранта NSF, присуждённого Университету штата Аризона и профессору Кевину Реддингу, — изменить способ производства и потребления энергии в стране.
Задача Реддинга и его группы — добиться промышленного масштаба производства водорода из водорослей, что требует как минимум пятикратного улучшения по сравнению с текущими технологиями.
"Я рассматриваю водород не столько как топливо, сколько как важный товар, который мы потребляем в объёме более 20 миллионов метрических тонн в год... Если бы мы могли заменить хотя бы часть этого водородом из водорослей, производимым с помощью света и воды, это оказало бы существенное влияние".
Проблема и решение: Водоросли (одноклеточная зелёная водоросль Chlamydomonas reinhardtii) обладают ферментом гидрогеназой, который производит водород. Однако он быстро и необратимо инактивируется кислородом, постоянно вырабатываемым Фотосистемой II (PSII), и плохо конкурирует за электроны.
Радикальный подход: Учёные предложили "сумасшедшую идею" — напрямую соединить фермент гидрогеназу с Фотосистемой I (PSI), чтобы перенаправить большую часть электронов от расщепления воды (PSII) на производство молекулярного водорода.
Результаты:
- Андрей Каньгин создал генетически модифицированную водоросль с лучшей устойчивой продукцией водорода.
- Вместе с Алеком Смитом они получили новый штамм с самой высокой начальной скоростью производства, которая позже снижается.
- Цель гранта — создать организм, сочетающий высокую скорость и устойчивость производства.
Коммерческая перспектива: В будущей системе можно будет сначала выращивать клетки в обычном режиме, а затем переключить их в режим "биофабрики", активировав гены, кодирующие связанные белки PSI-гидрогеназы. Это перенаправит электроны от фиксации CO2 к производству H2.
Партнёрство с Израилем
Грант NSF является частью Двунационального научного фонда США и Израиля (BSF). Партнёром Реддинга по проекту является профессор Ифтах Якоби из Тель-Авивского университета, который применяет новаторские и дополняющие подходы к увеличению производства биоводорода из водорослей.
Привлечение талантов из местных школ
Реддинг также сотрудничает с Институтом устойчивого развития ASU, разрабатывая модуль для Академии учителей устойчивого развития Wells Fargo.
Суть модуля: Учителей средних и старших классов научат методу скрининга водорослей с помощью агарового покрытия. Для проведения анализа нужны только микроволновая печь и водяная баня.
Эксперимент учеников:
- Ученики соберут осветители из картонной коробки, светодиодных лент и батареек AA.
- Водоросли выращивают на чашках Петри и покрывают агаром, смешанным с Rhodobacter.
- На следующий день ученики могут сфотографировать результат на свои телефоны через небольшой зелёный интерференционный фильтр.
- Ученики делают выводы о лучших штаммах-производителях водорода, экспериментируя с условиями.
Этот подход основан на принципах обучения нового поколения, где движущей силой является собственное любопытство учеников, превращающее их в партнёров в научном открытии.