Autók üzemanyagát is megtermelheti a zöldalga: mutatjuk, mit állítottak elő szegedi kutatók

Már most is számos dologra használja a hidrogéngázt a kőolaj- és vegyipar, valamint az élelmiszeripar - de lehetne ezt még fokozni. Akár üzemanyag is lehetne belőle - azzal a feltétellel, hogy meg tudják termelni nagyobb üvegházgáz-kibocsátás nélkül. Jelenleg ugyanis legnagyobb mennyiségben földgázból állítanak elő hidrogéngázt, ami rendkívül nagy szén-dioxid kibocsátással jár. Ezt a problémát oldaná meg a Magyar Tudományos Akadémia Szegedi Biológiai Kutatóközpontjában kifejlesztett új módszer: bár egyelőre laboratóriumi körülmények között sikerült zöldalgából hidrogéngázt előállítani, az eredmények ígéretesek. Arra utalnak: a jövőben üvegházakban, de akár a szabadban is meg lehet majd tenni ugyanezt, környezetbarát módon.

Az MTA közleményében olvasható: A hidrogént védőgázként, nyomjelző gázként, hűtőközegként is használják. A gáz vagy cseppfolyós halmazállapotban is tárolható hidrogén

energiahordozóként, üzemanyagként is beválna, amennyiben sikerül nagy mennyiségben, jelentős üvegházgáz-kibocsátás nélkül termelni.

Stresszelték az algákat, de attól elpusztultak

A közlemény leírja, miért éppen ezzel az élőlénnyel kezdtek kísérletezni: a zöldalgák (például a Chlamydomonas reinhardtii) a fotoszintézis során fény és víz felhasználásával cukrokat állítanak elő, de képesek hidrogén termelésére is. Az élő szervezeteket tekintve elméletileg ez a leghatékonyabb módja a napsugárzás kémiai energiává alakításának: a természetben is megtalálható zöldalgafajoknál ez a hatékonyság mintegy 13 százalék, ami egy nagyságrenddel jobb, mint a biomassza-alapú megújuló energiaforrások esetében. A természetben a fotobiológiai úton történő hidrogéntermelés csak néhány percig tart: a zöldalgák éjszaka gyakran kerülnek oxigénmentes környezetbe, aminek hatására hidrogenáz enzimek képződnek. Amikor felkel a nap, megindul a hidrogéntermelés, majd a fotoszintézis során termelt nagy mennyiségű oxigén hatására a hidrogenáz enzimek elveszítik aktivitásukat, és a hidrogéntermelés leáll.

A hidrogéntermelés folyamata meghosszabbítható, ha az algát stresszhatásnak teszik ki, például megfosztják a kéntől. Ám ez nem elég hatékony, és a kénhiány olyan jelentős stresszfaktor, amely miatt néhány napon belül a sejtek elpusztulnak. 

Íme az egysejtű zöldalga, ami a jövő üzemanyagát termelheti. Forrás: MTA

"Az általunk kidolgozott újabb módszer alapja az, hogy az algasejtek számára nem biztosítunk sem szén-dioxidot, sem más szénforrást, így a fotoszintetikus apparátus által szállított elektronok és protonok a szén-dioxid-fixáció helyett hidrogéntermelésre fordítódnak.

A módszer nem jár erős stresszhatással, a fotoszintetikus apparátus több nap után is megfelelően működik. Értelemszerűen nem szükséges szénforrás, harmadrészt pedig a megoldás hatékonyabb, mint a korábbi, kénmegvonásos hidrogéntermelés"

- idézi a közlemény Tóth Szilvia Zitát, az MTA SZBK Lendület Molekuláris Fotobioenergetikai Csoportjának tudományos főmunkatársát.

A  kutató Iftach Yacobyval, a Tel-avivi Egyetem Megújuló Energiaforrások Laboratóriumának vezetőjével közös cikke a napokban jelent meg a Trends in Biotechnology folyóiratban. A szegedi kutatócsoport módszerét részleteiben leíró cikk 2018-ban jelent meg a Biotechnology for Biofuels folyóiratban, maga a kutatás 2010 óta zajlik.

Bioreaktorban termelhetnék a hidrogént

Az ipari nagyságrendben és gazdaságosan történő termeléshez maximalizálni kell az algák hidrogéntermelésének hatékonyságát, amihez például biztosítani kell, hogy a hidrogén és az oxigén gyorsan eltávozzon az algakultúrából. Ehhez speciálisan kialakított foto-bioreaktor szükséges.

Ha abból indulunk ki, hogy egy mediterrán sivatagos területen egy négyzetméterre 7726 megajoule napenergia érkezik évente, vad algafajok felhasználásával - a maximális elméleti hatásfok elérése esetén - körülbelül 7 kilogramm hidrogén termelhető. Az algatörzsek precíziós nemesítésével a hidrogéntermelés hatásfoka tovább növelhető - derül ki a tanulmányból. Az is fontos szempont, hogy az algakultúrák a hidrogéntermelés alatt jól bírják a szabadföldi fényterhelést.

A kísérletek jelenleg kisméretű foto-bioreaktorok felhasználásával folynak a Szegedi Biológiai Kutatóközpontban. A légmentesen zárt üvegeket több napon át monitorozzák a kutatók, gázkromatográfia segítségével mérve a hidrogén- és oxigéntermelés szintjét. Nemrégiben növelték a térfogatot, az algakultúrákat nagy töménységben, de vékony rétegben helyezik el a foto-bioreaktorban, és ezzel együtt megnövelték a gáztérfogatot.

"Legújabban az automatizáláson dolgozunk, hogy online módon is mérni tudjuk a hidrogén- és oxigéntermelést. A következő lépés pedig egy üvegházi foto-bioreaktor építése lesz, egy-két éven belül. Ez újabb léptékváltást jelent, s egy ilyen reaktornak is nyilván automatizáltnak kell lennie"

- teszi hozzá Tóth Szilvia Zita.

A kutatók módszerükre 2017-ben európai szintű szabadalmat jelentettek be. A további lépésekhez ipari partnereket keresnek.

Még nem tudni, mire lesz jó pontosan

A tanulmányban ugyanakkor igyekeztek felhívni a figyelmet arra, hogy azt nem lehet garantálni, hogy a kidolgozott hidrogéntermelési módszer ipari méretekben is rentábilis lesz, és például elegendő mennyiségben lehet majd hidrogént előállítani az autóipar számára.

"Ami az ipari felhasználást illeti, még számos tényezőt nem látunk előre. Az sem kizárt, hogy a módszer speciális célokra válik be majd a legjobban. Gondoljunk az élelmiszeriparra, amely szintén sok hidrogént használ fel, az algák segítségével előállított hidrogén pedig rendkívül tiszta és biológiai eredetű."