Framgång för grönt bränsle – bakterier och solljus öppnar nya möjligheter
Av Vätgas kan spela en nyckelroll för att hjälpa till att uppnå nettonollutsläpp, eftersom det inte släpper ut koldioxid. Den nuvarande industriella väteproduktionen är dock starkt beroende av fossila bränslen som gör att den idag inte fullt ut är att räkna med.
I en ny studie använde forskare vid University of Oxford ett syntetiskt biologiskt tillvägagångssätt för att omvandla en art av bakterier till en cellulär ”bionanoreaktor” för att dela vatten och producera väte med solljus. Genom att skapa en mycket effektiv, stabil och kostnadseffektiv biokatalysator övervinner detta en av de kritiska utmaningarna som hittills har hindrat grön vätgasproduktion.
– För närvarande är de flesta kommersiellt använda katalysatorer för produktion av grönt väte beroende av dyra metaller. Vår nya studie har gett ett övertygande alternativ i form av en robust och effektiv biokatalysator. Detta har fördelar som större säkerhet, förnybarhet och lägre produktionskostnader, vilka tillsammans kan förbättra den långsiktiga ekonomiska bärkraften, säger studiens huvudförfattare och professor Wei Huang.
Denna innovativa metod kan potentiellt vara en hållbar och ekonomiskt genomförbar lösning för produktion av koldioxidfritt grönt väte. Detta skulle i så fall kunna spela en avgörande roll för att minska koldioxidutsläppen i sektorer som är svåra att elektrifiera som exempelvis flyg och sjöfart.
Så funkar det
I naturen kan specifika mikroorganismer reducera protoner (H⁺) till vätgas (H₂) med hjälp av hydrogenasenzymer, men detta är begränsat till låga utbyten på grund av faktorer som låg elektronöverföringshastighet. För att övervinna detta konstruerade Oxford-forskarna bakterien Shewanella oneidensis för att koncentrera elektroner, protoner och hydrogenas i utrymmet mellan den inre och yttre membranen (känd som periplasman, 20–30 nm bred). Denna art är "elektroaktiv", vilket innebär att den kan överföra elektroner till eller från fasta ytor utanför sina celler.
För att förbättra elektron- och protonöverföringen konstruerade teamet en ljusaktiverad elektronpump (kallad Gloeobacter rhodopsin) på det inre membranet, vilket möjliggör effektiv pumpning av protoner in i periplasman i närvaro av ljus. Dessutom introducerades nanopartiklar av reducerat grafenoxid och järnsulfat för att ytterligare förbättra elektronöverföringen.
University of Oxford