la production d'hydrogène biologique est un domaine passionnant dans la recherche d'énergie alternative. Les approches actuelles se répartissent en trois catégories: la photosynthèse, la fermentation et l'électrolyse microbienne. Tous les trois reposent en fin de compte sur l'énergie de la lumière du soleil pour conduire une réaction énergétiquement défavorable, ce qui réduit deux ions d'hydrogène (à savoir, donner des électrons à eux) pour former H2.
Photosynthèse
Pendant les réactions légères de la photosynthèse dans les algues vertes, l'énergie lumineuse est récoltée à conduire (ie, le gain d'électrons) adénosine triphosphate (ATP) et la réduction du nicotinamide adénine dinucléotide phosphate (NADP + ou, si réduite, NADPH). NADPH est réduit par une enzyme appelée la ferrédoxine-NADP-réductase, qui accepte les électrons d'une molécule appelée ferrédoxine. Ordinairement NADPH ferait don de ses électrons à un intermédiaire du cycle de Calvin, le processus par lequel les organismes photosynthétiques transforment le dioxyde de carbone dans des composés organiques utiles. Sous conditions anaérobies (sans oxygène), cependant, et si le dioxyde de carbone est en pénurie, certaines algues peuvent être amenés à faire don des électrons de ferrédoxine à une hydrogénase enzyme appelée la place. La hydrogénase catalyse la réduction de 2 H + H2, produisant ainsi de l'hydrogène.
Fermentation
Les cellules comme celles de votre corps ou de bactéries dans une cuve décomposent les molécules de glucose en molécules de pyruvate, extraire de l'énergie le long du chemin. Dans de nombreux organismes, le pyruvate peut être utilisé pour alimenter la production de l'ATP en outre par une autre série d'événements; En variante, il peut être modifié chimiquement par un processus appelé la fermentation. Diverses espèces de bactéries peuvent utiliser des électrons de pyruvate pour réduire 2 H + H2 pendant la fermentation. Certaines de ces bactéries sont des anaérobies stricts, ce qui signifie qu'ils ne peuvent pas survivre en présence d'oxygène. D'autres sont anaérobies facultatives, ce qui signifie qu'ils peuvent vivre avec ou sans oxygène. Les anaérobies obligatoires oxydent généralement pyruvate et de transférer les électrons qu'ils gagnent ainsi à ferrédoxine et sur une hydrogénase, tandis que les anaérobies facultatives utilisent un processus différent. Les bactéries peuvent utiliser d'autres molécules en plus de l'hydrogène comme accepteurs d'électrons pour la fermentation.
Les cellules microbiennes Électrolyse
cellules d'électrolyse microbienne ou MECs, sont une nouvelle technologie inhabituelle qui utilise des bactéries pour alimenter un type de batterie microbienne. Les bactéries sont fixées à l'anode de la cellule, où ils oxydent les composés tels que l'éthanol, l'acétate ou le butyrate, transférant de ce fait des électrons au conducteur solide. Ces flux d'électrons à travers un fil externe à la cathode, où ils réagissent avec l'eau et produire de l'hydrogène gazeux. Une alimentation externe doit également être inclus pour augmenter la tension des électrons dans le circuit externe; néanmoins, les microbes aident à fournir la puissance nécessaire et ainsi réduire sensiblement la quantité d'électricité nécessaire à l'électrolyse.
Défis
Aucune de ces méthodes est actuellement viable pour la production d'hydrogène à grande échelle. Hydrogénases utilisés par les organismes photosynthétiques sont très sensibles à la présence d'oxygène et la production photosynthétique d'hydrogène est encore trop inefficaces pour être pratique. Le procédé de fermentation a un faible rendement et produit également des composés organiques indésirables, comme le butyrate et l'éthanol, en tant que produits secondaires non désirés. En outre, la fermentation nécessite un apport de sucres dérivés de plantes ou d'autres cultures, ce qui pourrait créer un conflit potentiel entre l'approvisionnement alimentaire et l'approvisionnement en carburant. L'approche MEC a besoin d'une source d'alimentation externe, et si le processus est pas assez efficace, la quantité d'électricité nécessaire, il sera trop coûteux pour être pratique. Des défis comme ceux-ci doivent être surmontés avant que la production d'hydrogène biologique peut offrir à la société une nouvelle source d'énergie renouvelable.