Biohidrógeno

Archiu:Algae hydrogen production.jpg

Producció microbial d'hidrogen.

El biohidrógeno està definit com el hidrogen que és produït biològicament, per lo general realisat per algas, bactèries i archaea. El biohidrógeno és un potencial biocombustible accessible tant per rebujos de cultiu com de materials orgànics.

Introducció

Actualment, hi ha una demanda enorme de l'hidrogen químic. Encara que no hi ha cap registre de volum de producció i d'us d'hidrogen a nivell mundial, el seu consum estima alcançar els 900.000 millons de metros cúbics en 2011.

Les refineria són productores i consumidores d'hidrogen en grans volums. Hui en dia el 96% de tot l'hidrogen és derivat de combustibles fòssils, en 48% a partir de gas natural, 30% provinent d'hidrocarburs, 18% de carbó i aproximadament un 4% d'electrólisis. Proyectes com el processament d'arenes petrolíferes, processament de gasos a líquits i la gasificació de carbó requerixen una gran cantitat d'hidrogen i s'espera que aumente este requeriment de manera significativa en els pròxims anys. Les regulacions ambientals implementades en la majoria dels països varen implementar l'aument sobre el requeriment d'hidrogen en refineria de gas i de desulfuración de diésel.

Una futura aplicació destacable de l'hidrogen podria ser us com una alternativa als combustibles fòssils, una volta que els depòsits de petròleu s'agoten. Esta aplicació aixina i tot és depenent del desenroll de les tècniques d'almagasenament per a propiciar un almagasenament, distribució i combustió d'hidrogen apropiat. Si el cost de producció, distribució i us de tecnologies disminuïx, l'hidrogen com a combustible podria incursionar en el mercat en l'any 2020.

La fermentació industrial de l'hidrogen, o el complet catálisis celular, requerix d'una cantitat llimitada d'energia, ya que la fissió de l'aigua és conseguida en la completa catálisis celular, per a baixar l'energia d'activació. Açò permet que l'hidrogen puga ser produït a partir de qualsevol material orgànic que puga tindre una completa catálisis celular ya que este procés no depén de l'energia del substrat.

Biohidrógeno a partir d'algues

En 1939 un investigador alemà cridat Hans Gaffron, mentres estava treballant en l'Universitat de Chicago, va observar que l'alga, Chlamydomonas reinhardtii (un alga verda), a voltes canviava la producció d'oxigen per la producció d'hidrogen. Gaffron mai va descobrir la causa d'este canvi i per molts anys atres científics varen fallar en els seus intents per descobrir-ho. En els tardans 1990s el professor Anastasios Melis un investigador en l'Universitat de Califòrnia en Berkeley va descobrir que si el mig de cultiu era privat de sofre, llavors es canviava la producció d'oxigen (fotosíntesis normal), per la producció d'hidrogen. Ell va trobar que l'enzima responsable d'esta reacció era la hidrogenasa, pero que la funció de la hidrogenasa era inhibida en presència del oxigen. Melis va trobar que agotant la cantitat de sofre disponible per a les algues interrompia el seu fluix d'oxigen intern, deixant un entorn en a on la hidrogenasa podia activar-se, causant aixina que les algues produïren hidrogen. L'alga Chlamydomonas moewusii també és un bon precursor per a la producció d'hidrogen. Científics de EE.UU. del Departament d'Energia del laboratori Nacional de Argonne actualment estan tractant de trobar una manera de prendre la part de l'enzima hidrogenasa que produïx l'hidrogen i introduir-la en el procés de fotosíntesis. El resultat seria una gran cantitat d'hidrogen produït, possiblement al mateix temps que l'oxigen.

Prendria aproximadament al voltant de 25.000 quilómetros quadrats per a ser suficient cantitat com per a desplaçar l'us de gasolina en els EE.UU. Per a posar açò en perspectiva, esta àrea representaria aproximadament el 10% de l'àrea que es va destinar al cultiu de soja en els EE. UU. El Departament d'Energia dels EE. UU. ha senyalat, com a objectiu per a prendre esta alternativa com a model econòmicament viable un preu de venda de $2,60 dólars per kg d'hidrogen. 1 kg és aproximadament l'equivalent sobre energia a un galó de gasolina. Per a conseguir açò, l'eficiència de la conversió d'hidrogen té que conseguir un 10% mentres l'eficiència actual és només del 1%, i el seu preu de venda actual està estimat en $13,53 dólars per kg. Segons la DOE l'estimació necessària sobre la cantitat per a una estació de recarrega de combustible que suministra a 100 coches per dia, seria de 300 kg. En la tecnologia actual, conseguir un sistema de producció de 300 kg al dia requeriria d'un viver de 110.000 m² d'àrea, concentració celular de 0,2 g/l i 10 cm profunditat en el viver. Les àrees d'investigació per a aumentar l'eficiència del procés inclou el desenroll de hidrogenasas tolerants a l'oxigen i l'increment de la producció d'hidrogen per a millora de les transferències electròniques.