Új megközelítéssel termelnek biohidrogént az SZBK kutatói

Hírek

Az ELKH Szegedi Biológiai Kutatóközpont (SZBK) Lendület Molekuláris Fotobioenergetikai Csoportja Tóth Szilvia vezetésével hidrogéntermelő zöldalgák felhasználásával egy új, trendváltó eljárást dolgozott ki a hidrogén fenntartható bioipari előállításának céljával. Az erről szóló, friss eredményeket bemutató tanulmány a Bioresource Technology vezető biotechnológiai folyóiratban jelent meg.

A karbonsemleges és körkörös gazdaságra való átállás az utóbbi években az európai gazdasági térség egyik fő stratégiai irányzatává vált. A nettó CO2-kibocsátás nélküli gazdaság megvalósításának központi eleme a hidrogén energiaforrásként történő felhasználása. A hidrogén előállítása manapság jórészt földgázból történik, ami természetszerűleg óriási CO2-szennyezéssel jár. A jövőben várhatóan a nap- és a szélerőművek által feleslegben megtermelt energia elektrolízissel történő vízbontással hidrogén formájában tárolhatóvá válik.

Hidrogéngáz azonban közvetlenül a napfény energiájának felhasználásával is előállítható. A zöldalgák a fotoszintézis melléktermékeként hidrogént képesek termelni, a kloroplasztiszban található hidrogenáz enzimeik segítségével. A zöldalgák hidrogenázai rendkívül hatékonyak, azonban a fotoszintézis során termelt oxigénre érzékenyek, ezért a természetben a hidrogéntermelés folyamata mindössze pár percig tart. E sajátosság igen nagy akadályt jelentett a biohidrogén-termelés gazdasági hasznosítását illetően. Az elmúlt körülbelül 30 évben számos módszerrel igyekeztek a kutatók a hidrogéntermelés folyamatát meghosszabbítani, azonban ez csak jelentős sejtkárosodás mellett volt megoldható.

A zöldalgák hidrogéntermelésének hatékonyságát és fenntarthatóságát érintő kutatások terén jelentős előrelépések történtek az elmúlt időszakban. Az SZBK Lendület Molekuláris Fotobioenergetikai Csoportja egy, a korábbi módszereknél jóval hatékonyabb és fenntarthatóbb új, trendváltó eljárást dolgozott ki, amely a rendkívül egyszerűsége miatt az ipari méretekben történő hasznosítás szempontjából is igen ígéretes.

A legújabb fejlesztések lényege, hogy vékony rétegű, de igen nagy töménységű algakultúrát helyeznek el egy erre alkalmas fotobioreaktorban (Nagy és mtsai., 2021). A kultúrát néhány óráig sötétben tartják, hogy hidrogéntermelést végző enzimek képződjenek, majd fénynek teszik ki. Ezt követően az algák vízből hidrogéngázt állítanak elő, több napon keresztül.

Algalemez

Bioipari szempontból fontos kiemelni, hogy a hidrogéntermelés a napfény intenzitásán is fenntartható anélkül, hogy az algakultúrák jelentős károsodást szenvednének. Az új eljárással a hozamot az eddigi módszerekhez képest körülbelül a tízszeresére sikerült emelni. Bizonyos fotoszintetikus mutánsok esetében a hidrogéntermelés folyamata még stabilabb, a hozam pedig jelentősen magasabb. Melléktermékként jól hasznosítható biomassza képződik, és az algák a növekedési fázisukban szén-dioxidot hasznosítanak.

A kutatók célja a hozam további fokozása, valamint egy szabadföldi H2-termelésre alkalmas fotobioreaktor tervezése, és a prototípus megépítése. A korábbi kutatási eredményeket európai szabadalom védi (Nagy Valéria és Tóth Szilvia Zita, PCT/EP2018/053115).

Publikáció:

Valéria Nagy, Anna Podmaniczki, André Vidal-Meireles, Soujanya Kuntam, Éva Herman, László Kovács, Dávid Tóth, Alberto Scoma, Szilvia Z. Tóth (2021) Thin cell layer cultures of Chlamydomonas reinhardtii L159I-N230Y, pgrl1 and pgr5 mutants perform enhanced hydrogen production at sunlight intensity. Bioresource Technology 333: 125217.