3. Энергия көздері ретінде сутегін пайдалану

Бензин немесе көмір отындарымен салыстырғанда сутегін энергия көзі ретінде пайдаланудың пайдалы жақтары өте көп. Атап өтер болсақ, сутегі экологиялық тұрғыдан өте таза, қауіпсіз болып табылады. Сутегін пайдаланып оны энергия алу үшін жаққан кезде тек қана су (2H₂+ O₂ = 2H₂O) түзіліп, ешқандай басқа зиянды күл немесе канцерогенді заттар бөлінбейді. Қуаты жағынан сутегі ешқандай жоғары сапалы бензиннен төмен болмайды. Бірақ та, қазіргі кезде жер шарында сутегі қоры өте аз болып табылады. Соңғы кездерге дейін сутегі суды электролиздеу арқылы алынып келінді. Алайда, бұл әдіс көп мөлшерде электр энергиясын қажет етуі себепті, экономикалық тұрғыдан өзін-өзі ақтай алмайды. Сондықтан, өнеркәсіптік мақсатта сутегін, негізінен, табиғи газдан алады. Мұндай жолмен алынған сутегінің өзіндік құны суды электролиздеу жолымен алынғанмен салыстырғанда 2-3 есе арзанға түседі. Осындай жолмен жер шарында жылына орта есеппен 30 млн. тоннадан артық сутегі алынады. Бірақ, табиғи газ қорының да азая бастауына байланысты, мұндай жолмен сутегін алудың да келешегі жоқ деп есептеуге болады. Сондықтан ғалымдар сутегі алудың жасанды жолдарын қарастыруда.

Табиғаттағы сутегін алу көздері. Жасыл өсімдіктердің хлоропласт қабатында жарық энергиясының көмегімен электролиздеу үдерісіндегі сияқты, сутегі молекуласының ыдырайтыны белгілі. Сондықтан, жасыл өсімдіктер хлоропластарындағы сутегі молекуласының ыдырауы – фотолиз деген атқа ие болды.

Жасыл өсімдіктерде жарық энергиясы әсерімен, фотосинтез нәтижесінде, оттегінің бөлініп шығатыны белгілі. Ал мұндағы сутегі қайда кетеді? Оның, ерекше тасымалдаушылар көмегімен, көмірқышқыл газының қант түзілуіне тікелей қатынасатыны анықталған. Мұнда хлоропластардан бос күйіндегі сутегін шығару үшін міндетті түрде ерекше фермент – гидрогеназаның болуы шарт екені анықталған. Сондықтан, құрамында гидрогеназа ферменті бар микроорганизмдерді жапырақтан бөлініп алынған хлоропласт суспензиясына қосу, хлоропластардың жарық энергиясы көмегімен сутегін шығаруына мүмкіндік туғызады.

Алғаш рет 1961 жылы фотосинтез саласының белгілі маманы Д. Арнон өз зертханасында алдын-ала 5 минуттай 50⁰С-қа дейін қыздырылған шпинат өсімдігінің суспензиясына цистеин амин қышқылын қосқаннан соң, сутегін бөліп шығара бастайтынын байқаған. Алайда, бұл үдеріс хлоропластың қызмет мерзімінің қысқа өтетіні және гидрогеназаның оттегінің әсерімен нейтралдануы салдарынан ұзақ уақыт жүре алмайтыны анықталды. Сондықтан, ғалымдар көптеген микроорганизмдер ішінен сыртқы әсерлердің факторларына төзімді ферменті бар тіршілік иесін табуға күш жұмсады. Ізденістер нәтижесінде мұндай бактериялар табылды. Атап айтқанда, осындай бактерия қатарына пурпурлық күкірт бактериясы – тиокапса жататыны анықталды. Осы бактерия құрамынан сыртқы ортаның оттегі және жоғары температура жағдайларына шыдамды келетін гидрогеназа ферменті бөлініп алынған. Бұл тиакапсадан бөлініп алынған гидрогеназа ферменті мен құрамында темірі мол ферредоксин ақуызын қосқан шпинат, темекі, бұршақ және жүгері хлоропластары 3-6 сағат аралықтарында тұрақты түрде сутегін бөліп шығаратыны анықтаған. Бұл үдеріс тек жарықта және оттегін сорып алатын жүйе бар болғанда ғана жүзеге асады.

Ғалымдар сутегін алудың басқа да тиімді жолдарын қарастыруда. Соның нәтижесінде кейбір мұхиттарда және өзендерде өсетін балдырлардың да жарықта сутегін бөліп шығаратыны анықталған. Бұлардың қатарына, оттегі мен сутегін бөліп шығаратын, микроскопиялық балдырлар мен ыстыққа шыдамды анаэробты цианобактериялар жатады. Бұл микроорганизмдер арасында бір-бірінің өндірген өнімдері екіншілеріне қоректік орта болып табылатын қарым-қатынас орнайды. Мысалы, жарықта балдырлардың жасушалары көміртектері мен бос оттегін түзсе, ал цианобактериялар осы көміртектерін пайдалана отырып, гидрогеназаның көмегімен оларды сутегі түзе ыдыратады. Сондықтан осындай екі микроорганизмдердің бірлесе жұмыс істеуі нәтижесінде, оттегі мен сутегін бөліп алу мүмкіндігі туындайды.

Бензин құрамына сутегін қосу автомашиналардың ауаға шығаратын зиянды заттар мөлшерінің күрт төмендеуіне алып келеді. Мысалы, 5% сутегі қосылған бензиннің жану дәрежесінің артуы себепті, қоршаған ортаға бөлінетін улы газ бен зиянды заттардың бөлінуі азаяды. Сонымен бірге бензин шығымының 40%-ға үнемделетіні анықталған.

АҚШ-да құрамында целлюлозасы бар әртүрлі өндіріс қалдықтарын (қоқыстар, қағаз қалдықтары, қалдық сулар, өсімдіктер және т.б.) биотехнологиялық жолмен өңдеу арқылы глюкоза алып, оны әрі қарай өңдеу арқылы, сутегін алу әдістері ойлап табылған. Бұл қалдықтарды целлюлаза ферменттері арқылы гидролиздейді. Сонан соң құрамында 0,5-20,0% глюкозасы бар гидролизат өніміне өз тіршілігі барысында көміртегі мен сутегі түзетін микроорганизмдерді сеуіп тастайды. Осындай жолмен үдеріс бір аптаға созылады. Кейіннен, құрамындағы көмірқышқыл газын адсорбция арқылы сорып, сутегінен ажыратып алады. Осы әдіспен дайындалған өнімде сутегінің шығымы 60-90%-ға дейін жетеді.