Wykorzystanie produkcji wodoru w celu stworzenia bezpiecznych, pewnych i czystych źródeł energii
Europa nieustannie poszukuje odnawialnych źródeł energii i technologii pozwalających na ich wykorzystanie. Jednym z obiecujących paliw odnawialnych jest wodór, jednak dotychczas jego wytwarzanie nie było szczególnie ekologiczne, ponieważ opierało się na paliwach kopalnych. Wykorzystanie energii z wodoru w bardziej naturalny sposób mogłoby stanowić rozwiązanie tego problemu, dzięki czemu mógłby stać się ekologicznym i pewnym źródłem energii, zasilającym zrównoważoną transformację energetyczną Europy. Uczestnicy projektu H2Bio2Energy zbadali metody biologiczne, które mogłyby przyczynić się do rozwiązania tego problemu. W ramach przeprowadzonych badań naukowcy poszukiwali odpowiedzi na podstawowe pytania dotyczące tego, w jaki sposób metaloenzymy występujące naturalnie w wielu żywych organizmach wytwarzają wodór z wody. Tego rodzaju reakcje zachodzą naturalnie w niektórych mikroorganizmach, umożliwiając wytwarzanie wodoru, który może być wykorzystany jako czyste paliwo. Nie znamy jednak dokładnego mechanizmu, na którym opiera się ta reakcja. „Głównym celem projektu było opracowanie innowacyjnych podejść doświadczalnych, które pozwoliłyby na uzyskanie szczegółowych danych na temat mechanizmu reakcji. Realizacja tego celu będzie kluczem do wykorzystania tych naturalnych enzymów na potrzeby technologii przyszłości, a także opracowania bardziej wydajnych syntetycznych katalizatorów”, wyjaśnia Kylie Vincent, profesor chemii nieorganicznej na Uniwersytecie w Oksfordzie oraz koordynatorka projektu H2Bio2Energy.
Inspirowane naturą
Metaloenzymy wykorzystane na potrzeby realizowanego projektu to hydrogenazy [FeFe], które występują naturalnie w niektórych bakteriach oraz zielonych glonach jednokomórkowych, wytwarzających wodór na własne potrzeby – by przetrwać i żyć. Jedną z najważniejszych cech hydrogenaz [FeFe] jest fakt, że wykorzystują żelazo zamiast platyny, jak to ma miejsce w przypadku innych katalizatorów. W przypadku rozwiązań przemysłowych realizowanych na szeroką skalę, wykorzystanie żelaza zamiast platyny byłoby znacznie łatwiejsze i tańsze ze względu na jego łatwą dostępność. „Wystarczy zastanowić się, ile kosztuje platynowy pierścionek, a potem pomyśleć, ile kosztowałby porównywalny pierścionek wykonany z żelaza. Różnica w kosztach opiera się głównie na tym, że w skorupie ziemskiej znajduje się tylko niewielka ilość platyny, a jej wydobycie wymaga dużego wysiłku i ogromnych nakładów. Z drugiej strony żelazo występuje powszechnie na całym świecie, jego wydobycie jest bardzo łatwe, a recykling nie nastręcza zbyt wielu trudności”, twierdzi Simone Morra, stypendystka działania „Maria Skłodowska-Curie” na Uniwersytecie w Oxfordzie i główna badaczka projektu H2Bio2Energy. Naukowcy skupieni wokół projektu opracowali i wykorzystali nowe, innowacyjne narzędzia oraz podejścia do badań nad produkcją wodoru, wykorzystujące w tym celu światło podczerwone. Jego zastosowanie pozwoliło zespołowi na ustalenie zjawisk zachodzących w najważniejszej części enzymu – jego centrum reakcji katalitycznej, w którym zachodzą reakcje.
Z nadzieją na ekologiczną przyszłość
„Biorąc pod uwagę fakt, że metaloenzymy takie jak hydrogenazy [FeFe] radzą sobie doskonale ze swoim zadaniem, jednak nie charakteryzują się zbyt dużą stabilnością w dłuższej perspektywie czasowej. Chcemy, by dane zgromadzone w toku naszego projektu zostały wykorzystane w celu skutecznego imitowania natury i opracowania syntetycznego katalizatora na bazie żelaza o doskonałych osiągach i stabilności”, wyjaśnia Morra. Katalizator ten może zastąpić platynę w produkcji elektrolizerów wody, które mogą zostać wykorzystane do wytwarzania wodoru na potrzeby pojazdów, a także w roli ogniw instalowanych w elektrowniach, magazynujących nadmiar energii elektrycznej (z paneli słonecznych lub turbin wiatrowych). Morra dodaje: „Realizacja tego projektu była możliwa tylko i wyłącznie dzięki stypendium otrzymanemu w ramach działania »Maria Skłodowska-Curie« w ramach programu »Horyzont 2020«. Najbardziej pozytywnym aspektem stypendium była możliwość współpracy z dowolnym naukowcem, którego obszar zainteresowania najlepiej wpisuje się w dany projekt, zarówno w Europie, jak i na całym świecie, bez konieczności przejmowania się granicami”.
Słowa kluczowe
H2Bio2Energy, chemia, wodór, energia, ekologiczna, źródło, enzymy
