Výzkumníci produkují biocell tak účinný jako platinová palivová buňka

POTRAVINY PRO BUDOUCNOST - výzkumný program Akademie věd ČR (Smět 2019).

Anonim

Vytvoření bioplynu, která je stejně účinná jako platinová palivová buňka: to je výsledek, že výzkumníci v laboratoři Bioenergétique et Ingénierie des Protéines (CNRS / Aix-Marseille Université) ve spolupráci s Centrem de Recherche Paul Pascal (CNRS / Université de Bordeaux) a Institut Universitaire des Systèmes Thermiques Industriels (CNRS / Aix-Marseille Université). Tři roky poté, co vyrobili svůj první prototyp biocell, vědci právě dosáhli nového milníku a zvýšili jeho výkonnost a stabilitu. Tato biocelulóza by z dlouhodobého hlediska mohla nabídnout alternativu k palivovým článkům, které vyžadují vzácné a nákladné kovy, jako je platina. Jejich práce byla publikována 17. srpna 2017 v oblasti energie a životního prostředí.

Palivový článek převádí chemickou energii na elektrickou energii spalováním vodíku. Přestože se považuje za čistou technologii - protože nevyvíjí skleníkové plyny - palivové články používají nákladné vzácné kovové katalyzátory, jako je platina, k oxidaci vodíku a snížení kyslíku. V posledních letech byla v této oblasti revitalizována identifikace biokatalyzátorů, enzymů s pozoruhodnými vlastnostmi: jejich kyslík a obzvláště vodík, transformační aktivita je srovnatelná s aktivitou platiny. Hydrogenázová aktivita byla až donedávna inhibována kyslíkem a tudíž nebyla kompatibilní s použitím v buňkách.

Několik let vědci z laboratoře Bioenergetiky a inženýrství v Proténech (CNRS / Aix-Marseille Université) vyvíjejí novou generaci biologických buněk. Nahradili chemický katalyzátor (platina) bakteriálními enzymy: na anodě hydrogenáza (klíč pro přeměnu vodíku na mnoho mikroorganismů) a na katodě bilirubin oxidasa. Nyní identifikovali hydrogenázu, která je aktivní v přítomnosti kyslíku a je odolná vůči některým inhibitorům platiny, jako je oxid uhelnatý. Ve spolupráci s Centrem de Recherche Paul Pascal (CNRS / Université de Bordeaux) také prozkoumali biologickou rozmanitost pro identifikaci tepelně stabilních enzymů, které odolávají teplotám mezi 25 ° C a 80 ° C.

K přesunu těchto bioprocesů z laboratoře do průmyslového rozvoje bylo třeba překonat dvě hlavní překážky. V roce 2014 byl jejich první prototyp omezen jak nízkým výkonem, který generuje, tak nedostatkem enzymové stability. Takže potřebovali změnu měřítka, přesto museli zachovat aktivitu enzymů a chránit je před jakýmikoli inhibitory. Třetím hlavním problémem bylo, jak snížit náklady, a proto musela minimalizovat množství použitého enzymu. Všechny tyto otázky vyžadovaly základní a multidisciplinární studium, které mělo zažehnout světlo na faktorech, které omezují bioelektrocatalýzu.

Postupným začleněním dvou tepelně stabilních enzymů do architektury založené na uhlíku řešili tyto tři problémy. Uhlíková plst s vhodně upravenou porézností je hostitelskou strukturou enzymů a slouží také jako ochrana proti chemickým druhům vznikajícím při snižování kyslíku, které mění aktivitu enzymu. Takže buňka může fungovat bez ztráty výkonu po několik dní.

Pomocí této řízené architektury a vnitřních vlastností enzymů se výzkumníci poprvé podařilo kvantifikovat podíl enzymů, které se účinně podílely na současném proudu, což ukazuje, že proudy dodávané biokatalyzátorem jsou velmi podobné cílovým výsledkům platiny. Rovněž vyvinuli numerický model pro určení optimální geometrie buňky. Takže tyto biobunky se zdají být alternativou k klasickým palivovým článkům: biomasa může být použita k tomu, aby poskytla jak palivo (vodík), tak katalyzátor (enzymy), které jsou přirozeně obnovitelné.

menu
menu