Ферментный нанореактор решает проблему водородного топлива

Исследователи из  Университета Индианы создали высокоэффективный биоматериал, который выступает в роли катализатора при расщеплении воды на кислород и водород. Технологию можно использовать для генерации чистого горючего и в топливных ячейках. При этом сырье для водородного горючего можно будет хранить в самой безопасной из возможных форм — в виде воды.

Модифицированный фермент представляет собой неустойчивую NiFe-гидрогеназу, заключенную в защитную вирусную оболочку 

Водородная энергетика имеет огромный потенциал, поскольку ресурсом для водородного горючего является доступная вода. После сгорания водорода опять же образуется вода, которая таким образом возвращается в естественный круговорот. Водород можно сжигать в турбинах, реактивных двигателях, котлах отопления, использовать для прямого производства электричества в топливных ячейках. Однако до сих пор есть два барьера на пути к водородной энергетике: сложность транспортировки, хранения взрывоопасного водородного горючего и высокие затраты на производство водорода.Новая технология решает, по крайней мере, одну из проблем.

Биоматериал P22-Hyd использует фермент  NiFe-гидрогеназу, обладающий уникальным свойством: способностью «отнимать» протоны у органических веществ, воды и выталкивать атомы водорода. Однако в своем естественном виде фермент неустойчив к внешнему воздействию и поэтому не годится для промышленного применения.

Ученые решили эту проблему, создав гибридный материал P22-Hyd. Сначала  два гена бактерий кишечной палочки производят вещества, используемые для создания гидрогеназы. Затем фермент помещается в вирусную защитную оболочку (капсиду), которая резко повышает устойчивость фермента к внешним воздействиям. В результате общая эффективность биоматериала P22-Hyd в 150 раз выше, чем у обычного фермента.

P22-Hyd по эффективности сравним с платиной, но при этом создается с помощью возобновляемых биоресурсов и стоит намного дешевле. Еще одно преимущество P22-Hyd — возможность работы в двух режимах. Материал может  разрушать химические связи воды (производство водородного топлива) или рекомбинировать водород и кислород (выработка электроэнергии в топливных элементах).

В настоящее время ученые работают над совершенствованием технологии: повышением эффективности модифицированного фермента и способов его производства. Важность этого исследования была отмечена в докладе Конгресса США, так что ученые могут рассчитывать на инвестиции и быстрый вывод технологии на рынок.