Kelemen Imola (szerk.): A Csíki Székely Múzeum Évkönyve 6. (Csíkszereda, 2010)
Természettudományok - Molnos Éva–Ábrahám Beáta–Mészáros Sándor–Muntean Ovidiu–Lányi Szabolcs: Hidrogén – a jövő energiája
MOLNOS ÉVA ET AL. össztermelés 95%-át) fosszilis energiahordozókból állítják elő,6 elsősorban földgázból, ami az energetikai, környezeti és politikai problémákat alapvetően nem oldja meg. Ipari léptékben hidrogént metán és vízgőz reakciójával is előállítanak, mely folyamatokhoz sok energiára és fosszilis tüzelőanyagra van szükség. Egy másik módszer az elektrolízis, de ehhez a villamos energiát fosszilis energiahordozók felhasználásával állítják elő, és a vízbontás hatékonysága sem túl jó. A hidrogén-előállításra használatos ipari technológiákat a végtermékkel ellentétben korántsem nevezhetjük környezetkímélőknek. A hidrogén környezetbarát tulajdonságait tovább erősíti a tény, hogy azt megújuló energiaforrásokból is lehet termelni biotechnológiai megoldások és rendszerek révén.7 Amennyiben a tudomány képes lesz költség-hatékonnyá tenni a hidrogén biológiai úton való előállítását, az így nyert hidrogén az emberiség fenntartható fejlődése érdekében végleg kiválthatja a fosszilis energiahordozókat.8 ■ Biohidrogén - tiszta energia, környezetkímélő eljárás Biohidrogénnek a biológiai úton előállított hidrogént nevezzük, amely történhet a víz közvetlen vagy közvetett fotolízise révén, fermentációs eljárásokkal, fotofermentációval vagy ezen eljárások kombinációjával.9 A víz közvetlen fotolízise esetében a vízmolekulák hidrogénre és oxigénre történő bomlásához szükséges energia a zöld algák (pl. Chlamydomonas reinhardtii) fotoszintetizáló képességéből származik, más szóval, a Nap sugárzó energiája hasznosítódik. A fotoszintézis során, a víz elemeire való bomlásakor felszabaduló elektronok (amelyek a kémiai energiát hordozzák) a légköri széndioxid redukciójához vagy hidrogén képződéséhez használódnak fel.10 Mivel a zöld algák, a növényektől eltérően, liidrogenáz enzimmel is rendelkeznek, hidrogén felszabadítására is képesek.11 A hidrogenáz enzim egy olyan fehérje, amely mind a hidrogén képződését, mind pedig annak elbontását katalizálja (H2 «—* 2 e" + 2 H+), de az egyszerűnek tűnő feladatot az enzim meglehetősen összetett molekuláris mechanizmussal oldja meg.12 Az ismert hidrogenázok fématomokat tartalmazó enzimek; az élő szervezetekben a fémeket körülvevő különleges és bonyolult elrendezésű fehérje molekula, illetve a fehérje és a fématomok közötti kölcsönhatás ruházza fel a molekulába zárt fématomokat azzal a képességgel, hogy a hidrogén előállításának vagy bontásának elemi lépéseit katalizálni tudják.1^ Azonban, a hidrogenáz enzim nem aktív oxigén jelenlétében, hidrogén-termelés csak kevesebb, mint 0,1% oxigén jelenlétében valósítható meg. Ilyen körülmények között a hatékony hidrogén-előállítás ezzel a rendszerrel nehezen elképzelhető. Fontos még megemlíteni azt is, hogy bizonyos zöld algák és cianobaktériumok - amellett, hogy képesek a fotoszintézisre - meg tudják kötni a légköri nitrogént is nitrogenáz enzim-rendszerük segítségével, mely folyamat során melléktermékként jelentős mennyiségű hidrogén is képződik. Tehát, a hidrogén biotechnológiai előállítása nemcsak hidrogenáz, de nitrogenáz enzim közvetítésével is lehetséges. A nitrogenáz enzim azonban olyan sok kémiai energiát igényel a reakció katalizálásához, hogy az egész folyamat energetikailag ráfizetéses a sejt számára, ráadásul a rendszer valós körülmények között nehezen fenntartható, mivel az alternatív nitrogénforrások (pl. ammónia) jelenléte a legtöbb esetben már kis koncentrációban is gátolja a nitrogenáz enzim aktivitását.14 Közvetett fotolízissel a hidrogén-termelési folyamat oxigén-érzékenysége kiküszöbölhető azáltal, hogy a fotoszintézis egyben kulcsfontosságú energiaraktározási és szervesanyag-felépítési folyamat is: a különböző szénhidrátok képződésével az energia (hidrogén) felszabadítása elkülö6 DAS ET AL. 2008, 57-67; TSYGANKOV 2007, 685-6937 TSYGANKOV 2007, 685-6938 DAS ET AL. 2008, 57-67. 9 BENEMANN 1996, 1101-1103; DAS ET AL. 2008, 57-67; HALLENBECK 2009, 7379-7389. 10 TSYGANKOV 2007, 685-693. 11 DAS ET AL. 2008, 57-67. 12 MATHEWS, WANG 2009, 7404-7416. 13 KOVÁCS ET AL. 2002, 1463-1469; VIGNA1S, COLBEAU 2004, 159-188. 14 MATHEWS, WANG 2009, 7404-7416. 508
