Bakterie vyrábějící vodík – o krok blíže palivu budoucnosti

Vodík v sobě nese obrovský potenciál coby všestranně využitelného paliva a úložiště energie z OZE. Jenže v cestě k snadno využitelnému zdroji pohonných hmot dosud stály zásadní překážky: mezi nimi i náročná a nákladná výroba.

Badatelé několika univerzit se ale rozhodli obejít finančně a technicky komplikovaný „umělý“ proces. V princetonských laboratořích začali pracovat s bakterií, která dokáže uvolňovat vodík, a dělá to prakticky zadarmo.

Klíčem k řešení budoucí energetické nezávislosti na fosilních palivech může být právě její bakteriální enzym, 2železo-hydrogenáza (FeFe]P/FeS2).

Výzkum, do kterého je zapojena Princetonská univerzita a výzkumné ústavy Rutgersovy univerzity, nyní vede profesorka chemie Annabela Selloniová.

Kouzelná bakterie

Společná práce týmů se soustředí na samotný princip, jakým bakterie získává enzymatickou cestou energii z vodního prostředí. Přístup, přenesený z „bakteriálních“ měřítek do průmyslových, by pomohl lidstvu vyřešit zásadní problém s nedostatkem pohonných hmot.

Ekonomicky udržitelná produkce podle testovaného modelu, využívající jen přirozených bakteriálních enzymatických procesů, vody a Slunce, je velmi lákavá cesta.

Vodík je navíc ideální úložné médium, které může sloužit k efektivnímu skladování energie ze solárních panelů. Jenže jak se k „levnému“ vodíku dostat? Některé bakteriální mikroorganismy, využívající 2železo-hydrogenázu, to dokáží. A při pokojových telotách produkují více než 9000 vodíkových molekul za vteřinu.

Na cestě pokusů

Jak profesorka Selloniová připouští, větší část práce se nyní odehrává „in silicio“ – tedy za pomoci počítačových modelů. Jejich aplikace pomáhá s řešením, jak vhodně enzymatický rozkladný proces začlenit do praktické izolace vodíku z vody.

„To, co děláme je, že se tu snažíme s pomocí počítačových modelů porozumět vlastnostem molekul a materiálů z hlediska jejich atomových struktur,“ říká Selloniová. „Svých poznatků využíváme při navrhování nových materiálů se specifickými vlastnostmi.“

Problémem totiž je, že navrhovaný enzym FeFe]P/FeS2 je velmi citlivý, pokud je během reakce vystaven expozici kyslíku.

Zvýšit strukturní stabilitu enzymatického komplexu ve vodním prostředí znamená přijít s takovým katalyzátorem reakce, který bude tolerantní vůči kyslíku, a přitom nebude snižovat efektivitu celého procesu.

Cena je důležitá

Ideální katalyzátor pozdrží kyslík stranou štěpné reakce alespoň na dobu nezbytně nutnou k uvolnění vodíku.

Podstatné také je, aby syntéza celého katalyzátoru nebyla nákladná, neboť tím by se jen problém s „levnou výrobou“ obrátil. Za vhodný katalyzátor by mohlo posloužit železo, které požadované charakteristiky naplňuje.

Výzkumníci obou ústavů vědí, že je ještě čeká dlouhá cesta od „počítačového modelování“ k praktické aplikaci, ale ve využití bakteriálního enzymu spatřují významný krok kupředu na cestě k levnému a dostupnému palivu.