0
1737
Газета Наука Печатная версия

22.03.2017 00:01:00

Электричество из биопленок

Эффективность биоморфной топливной ячейки выше, чем у паровоза

Игорь Лалаянц

Об авторе: Игорь Эруандович Лалаянц – кандидат биологических наук.

Тэги: биология


биология Микробные клетки, образующие пленки

Жизнь – это поток положительно и отрицательно заряженных ионов, а также электронов, переносимых из одного места в другое и создающих таким образом токи. В оболочке нейрона, например, ионные токи создают заряд, распространяющийся по отросткам нервных клеток на расстояния, измеряемые метром и более (от спинного мозга по седалищному нерву к пальцам ноги). Но это, конечно же, крайний случай и чаще всего перемещение зарядов едва выходит за пределы генерирующих их протеиновых молекул.

Век назад немец Фриц Габер воспроизвел в лаборатории процесс фиксации азота воздуха, на выходе которого получил аммиак NH4. Соотечественник Габера – Карл Бош начал синтезировать аммиак в промышленных масштабах, используя давление в 250 атмосфер и нагревая азотно-водородную смесь до 500 градусов.

В то же время ничтожные по своим размерам микробы фиксируют азот в естественных условиях, используя фермент нитрогеназу, расщепляющий молекулу азота для соединения его атома с расщепленным водородом (для этого используется гидрогеназа). Сегодня оба фермента имеются в распоряжении ученых, которые решили использовать их не только для получения аммиака, но также для производства электричества.

Новая топливная ячейка для осуществления биоэлектрохимического процесса описана в статье сотрудников университета штата Юта в Солт-Лейк-Сити (США). Нитрогеназа – единственный фермент, который способен восстанавливать молекулярный азот, снабжая его электронами. Но электроны можно «подавать» на фермент гидрогеназу, используя электрод. В результате синтез аммиака сопровождается прохождением по цепи электрического тока. В опытах прохождение 60 микрокулон электричества между электродами с ферментами на них привели к синтезу 286 наномолей аммиака, что соответствовало эффективности 26,4%.

Электрическая сеть с использованием бактериальной биопленки.	Фото Physorg
Электрическая сеть с использованием бактериальной биопленки. Фото Physorg

Опыт был воспроизведен в университете штата Иллинойс в г. Урбана-Шампань. Сотрудники университета использовали гидрогеназу. Теперь необходимо думать инженерам, чтобы модифицировать процесс для промышленного производства аммиака и чистого электричества.

Важно подчеркнуть, что «рабочими лошадками», или ко-ферментами этих геназ являются комплексы железа с серой. Атомы обоих элементов охотно обмениваются электронами. В быту, например, это проявляется как процесс протухания яиц, в которых накапливается сероводород H2S. Водород отдает свой электрон сере. Кстати, процесс давно «освоен» и в глубинах Вселенной. Астрономы открыли туманность Калабаш (Calabash), видимую в южном полушарии, называемую еще «Тухлым яйцом» (Rotten Egg) за высокое содержание серы в ней.

Электробиохимики Рочестерского университета предложили использовать для производства электричества микробную пленку, образуемую микроорганизмами на поверхностях в горячих озерах Орегона. Толщина этой пленки в естественных условиях иногда достигает 20 мм! Пленку в водном растворе помещали на электропроводящий полимер, который фиксировали на бумаге с помощью карбоновой, или графитовой, пасты с добавлением в нее жидкого компонента. В качестве рабочего агента были использованы клетки Shewanella, охотно потребляющей из сточных вод ионы тяжелых металлов, выдавая при этом на аноде электроны.

Переход электронов к платиновому катоду позволял питать лампочку, что свидетельствовало о генерации тока. Плотность генерированного тока составила 2 ампера на квадратный метр. В этом отношении бумажный электрод оказался в 2,5 раза эффективнее, нежели ранее использованный фетровый-войлочный. Свою статью ученые назвали «Внеклеточный перенос электронов на клейких бумажных электродах: бумажный анод с карбоновой пастой для микробных ячеек». 


Комментарии для элемента не найдены.

Читайте также


Даже льготная ипотека оказалась не по карману гражданам

Даже льготная ипотека оказалась не по карману гражданам

Ольга Соловьева

Около 80% жителей страны не имеют финансовых возможностей для покупки жилья

0
1875
Новая Конституция уже есть, нового курса развития – еще нет

Новая Конституция уже есть, нового курса развития – еще нет

Сергей Коновалов

Как решить институциональные проблемы российской экономики

0
1277
Патриотизм не рождается из абстрактной национальной идеи

Патриотизм не рождается из абстрактной национальной идеи

В чем конкретно должна заключаться объявленная государством приоритетность поддержки семьи и детей

0
1028
Рюмочная для губернатора

Рюмочная для губернатора

Алкей

Повесть о том, что шаурма без капусты – это как выборы без протестов

0
1057

Другие новости

Загрузка...