Ученые обнаружили морской микроорганизм, способный вырабатывать водород в качестве побочного продукта своей жизнедеятельности, что может быть использовано для получения дешевого топлива для водородной энергетики. Ключевой особенностью микроорганизма является способность вырабатывать водород в присутствии кислорода в газовой среде. Несмотря на то, что ученые уже давно изучают возможность получения водорода биогенным путем с помощью микроорганизмов, все изученные до сих пор живые системы требовали для этих целей атмосферы, лишенной кислорода. Такие условия выработки водорода - слишком дорогостоящие для коммерциализации. Цианобактерия Cyanothece 51142, являющаяся компонентом фитопланктона, обитающего в верхних слоях вод мирового океана, впервые была обнаружена в 1993 году близ техасского побережья в США. Группе ученых под руководством Химадри Пакраси (Himadri Pakrasi) из Вашингтонского университета в Сент-Луисе удалось продемонстрировать, что этот микроорганизм обладает двумя режимами работы - дневным и ночным, в ходе которого и происходит выработка водорода.
Днем Cyanothece 51142, как и все другие фотосинтетические организмы, занимается поглощением СО2 и выработкой энергии под действием солнечного света, запасая её в форме углевода гликогена. В ночное же время суток эта бактерия использует запасенную энергию для фиксации атмосферного азота, в результате чего и выделятся водород.
Обычно наличие кислорода в какой либо форме губительно действует на фермент нитрогеназу (ключевой элемент клеточного механизма по фиксации азота), однако в случае Cyanothece 51142 весь клеточный кислород используется для выработки энергии.
Как показали ученые, нарушение 12-часового цикла смены светлого и темного времени суток, в котором бактерии либо занимаются фотосинтезом, либо фиксируют атмосферный азот с выделением водорода, позволило повысить выход Н2. Так, при непрерывным 48-часовом освещении лабораторных сосудов, содержащих бактерии, микроорганизмы научились подстраивать свой фотосинтетический цикл под цикл поглощения азота даже в условиях яркой освещенности, что приводило к росту выработки водорода.
Согласно расчетам ученых, один литр водной среды, содержащей эти бактерии, позволяет получить почти один литр водорода за 48 часов.
По признанию экспертов, мнение которых приводит интернет-издание Nature News, Cyanothece 51142 обладает наибольшей эффективностью производства водорода среди микроорганизмов, живущих в воздушной среде. Несмотря на то, что его продуктивность ниже, чем у живых систем и основанных на них разработках, функционирующих в бескислородной атмосфере, возможность работы в воздушной атмосфере делает эти цианобактерии чрезвычайно привлекательными для дальнейших исследований и коммерциализации.
Теперь ученым предстоит исследовать возможности генетического модифицирования организма с целью дальнейшего повышения его продуктивности в выработке водорода.