8.4. Компоненти біосистем водню

Ці системи, незалежно від природи складових її компонентів, повинні мати два елементи:

• електрон-транспортну систему фотосинтезу, що включає систему розкладання води:

  • хлоропласти рослин, ферредоксин і бактерійні гідрогенази;

  • хлоропласти з медіатором (низькомолекулярний переносник електронів) і бактерійні гідрогенази;

  • фотосинтезуючі водорості.

• каталізатори утворення водню:

  • неорганічні каталізатори (металева платина);

  • ферментативні (гідрогенази), здатні функціонувати як в розчинному, так в іммобілізованому стані.

8.5. Питання охорони довкілля за виробництва біоводню

Ускладнюють можливість використання водню як палива проблеми безпеки: водень може створювати з повітрям вибухонебезпечну суміш - гримучий газ; зріджений водень має виняткові проникні властивості, вимагаючи застосування особливих матеріалів.

Запитаня для самоперевірки

1. Дайте визначення поняття «біоводень» як біопалива третього покоління.

2. Охарактеризуйте біотехнологічні способи одержання водню.

3. Що таке фотобіоніка?

4. Охарактеризуйте типи модельних біосистем одержання водню.

5. Дайте характеристику продуцентів біоводню. Зазначте особливості воденьтвірних бактерій.

6. Зазначте компоненти біосистем водню.

7. Охарактризуйте питання охорони довкілля за виробництва біоводню та запропонуйте шляхи їх вирішення.

9. Технологічні основи одержання біопрепаратів на основі мікроорганізмів для інтенсифікації біоенергетичних процесів.

Практично всі біотехнологічні процеси тісно пов'язані з життєдіяльністю різних груп мікроорганізмів – бактерій, вірусів, дріжджів, мікроскопічних грибів, і мають ряд характерних рис:

1. Процес мікробного синтезу є частиною багатостадійного виробництва, у переважній більшості випадків не є товарним і підлягає подальшій переробці.

2. При культивуванні мікроорганізмів зазвичай необхідно підтримувати асептичні умови, що вимагає стерилізації устаткування, комунікацій, сировини тощо.

3. Культивування мікроорганізмів здійснюють у гетерогенних системах, фізико-хімічні властивості яких у ході процесу можуть істотно змінюватися.

4. Технологічний процес характеризується високої варіабельністю через наявність в системі біологічного об'єкта, тобто популяції мікроорганізмів.

5. Складність і багатофакторність механізмів регуляції росту мікроорганізмів і біосинтезу продуктів метаболізму.

6. Складний склад поживних . середовищ

7. Відносно низькі концентрації цільових продуктів.

8. Здатність процесу до саморегулювання.

9. Умови, оптимальні для росту мікроорганізмів і для біосинтезу цільових продуктів, не завжди збігаються.

9.1. Використання біокаталітичних процесів у біоенерготехнологіях

Ефективні біотехнологічні процеси на основі ферментативного каталізу використовуються усе ширше в різних сферах людської діяльності, у тому числі і в біоенергетиці. Основним завданням інженерної ензимології є конструювання біоорганічних каталізаторів із заданими властивостями на основі ферментів або ферментних комплексів і розробка на їх базі різних ефективних і екологічно чистих биотехнологических процесів. Висока субстратна специфічність ферментативного каталізу та унікальна здатність прискорювати реакції в десятки й сотні разів в умовах нормального тиску й фізіологічних температур дозволяють одержувати високі виходи продуктів і створювати практично безвідхідні біотехнологічні процеси, що не забруднюють навколишнє середовище.

Наприклад, жоден з варіантів технологій одержання біоетанолу не може бути реалізований без застосування стадії ферментативного гідролізу (рис. 9.1).

Рис. 9.1. Використання продуктів мікробного синтезу (ферментів) у технологіях одержання рідких видів біопалив на основі відходів виробництв.

Найбільш широке застосування у біоенергетиці одержали мікробні гідролази, які взаємодіють за участю води з глікозидами, пептидами та іншими з'єднаннями. Серед гідролаз – глікозидази (зокрема, амілази, галактозидаза та целюлази), пектинази, протеїнази, ліпази.

Глікозидази каталізують гідроліз глікозидних з'єднань. Так, крохмаль гідролізують амілази, продуцентами яких є різні мікроорганізми (Bacіllus, Aspergіllus); целюлолітичні ферменти, які є складним комплексом активних білків, що впливає на різні ділянки молекули целюлози, синтезуються бактеріями роду Clostrіdіumта різними міцеліальними грибами (Trichoderma, Aspergіllus та ін.) Продуцентами ліпаз, що здійснюють гідроліз триацилглицеролов з утворенням жирних кислот і гліцерину, є різні мікроорганізми (Aspergіllus, Mucor, Rhіzopus, Geotrіchum, Candіda).