Nanobiogenerátor vodíku s bakteriální světelnou pumpou  
Grafenová platforma, bakteriorhodopsin, nanočástice platiny a oxid titaničitý. To je recept na důmyslný generátor vodíku, který funguje na viditelné světlo.


 

Zvětšit obrázek
Nanobiogenerátor. Kredit: John Lambert/ ANL.

Vodík je nejhojnějším prvkem ve vesmíru a na Zemi je úplně všude, kam se člověk podívá. Přesto ale není tak úplně k dispozici, když ho chceme. Bývá totiž obvykle svázán v molekulách s ostatními prvky, typicky v molekulách vody. A vydolovat vodík z vody, to dá dost práce. Při komerční výrobě vodíku se používá zemní plyn, který reaguje s přehřátou vodní párou a otrhává z ní atomy vodíku. Zároveň s vodíkem ale při tomto postupu vzniká i oxid uhličitý, který je poslední dobou poněkud nežádoucí. Mnohé mozky planety se proto snaží najít jiný způsob výroby vodíku, který by byl zároveň ekonomicky smysluplný.

 

Zvětšit obrázek
Elena Rozhkova. Kredit: ANL.

Chemička Elena Rozhkova z Centra nanoškálových materiálů. Národní laboratoře Argonne amerického ministerstva energetiky a její kolegové vytvořili pozoruhodný generátor vodíku. Prozatím je úplně maličký, ale dokáže získat vodík z vody bez fosilních paliv. Potřebuje k tomu jenom trochu světla. Podle Rozhkovové se vědci při hledání nových zdrojů energie soustředí spíše na anorganické materiály. Rozhkovová a její kolegové ale hledají inspiraci v živém světě a snaží se vytvářet důmyslné hybridní materiály.

 

 

Zvětšit obrázek
Snímek plátků oxidu titaničitého na povrchu generátoru transmisní elektronovou mikroskopií. Kredit ANL.

Při vývoji nanobiogenerátoru vodíku si vypůjčili legendární membránový protein bakteriorhodopsin, díky němuž si slanomilná archaea ze skupiny Halobacteria pohánějí bičíky slunečním zářením a udivují tím generace studentů biologie. Už z dřívějška věděli, že je možné štěpit vodu na vodík a kyslík, když smíchají bakteriorhodopsin s oxidem titaničitým a platinou a pak na výslednou směs posvítí ultrafialovým zářením. Problém je totiž v tom, že oxid titaničitý reaguje potřebným způsobem jedině při ozáření ultrafialovým zářením. A to není tak úplně snadno dostupné.

 

 

Zvětšit obrázek
Centrum nanoškálových technologií. Kredit: ANL.

Rozhkovová a spol. chtěli produkovat vodík působením viditelného světla a tak museli hledat nové materiály, které by jim to umožnily. Potřebovali takový materiál, jehož povrch by dovoloval rychlý a rovnoměrný průchod elektronů. Zároveň to měl být materiál, který na kterém by mohly fungovat biologické molekuly jako bakteriorhodopsin a byly přitom propojené s katalyzujícím oxidem titaničitým. Stručně řečeno, hledali něco jako grafen.

 

 

Zvětšit obrázek
Fungování bakteriorhodopsinu v halobakteriích.
Kredit: Darekk2, Wikimedia Commons.

Grafen je extrémně odolný, zároveň velice lehký, také hodně průhledný, elegantně dvojrozměrný, tedy ultratenký a hlavně je úžasný elektrický vodič. Rozhkovová si pochvaluje, že grafen je také luxusně biologicky inertní a tak ho mohli využít jako platformu pro svůj hybridní nanobiogenerátor. Jejich důmyslná technologie funguje tak, že jak bakteriorhodopsin, tak i grafen absorbují viditelné světlo a elektrony z těchto reakcí putují k navázanému oxidu titaničitému, který se díky tomu stává vnímavým k viditelnému světlu.

 

Současně s tím světlo ze zeleného konce spektra viditelného záření aktivuje bakteriorhodopsin, který začne pumpovat protony. Tyto protony se pak dostanou k nanočásticím platiny, které jsou napojené na molekuly oxidu titaničitého. Při reakci vytěžených protonů a elektronů vznikají atomy vodíku. A jak Rozhkovová a spol. vědí, že jejich nanozařízení funguje? Badatelé si ověřili pohyby elektronů v nanobiogenerátoru elektronovou paramagnetickou rezonancí (EPR) a časově rozlišenou spektroskopií. Elektrochemickými studiemi zase zkontrolovali přesun protonů. Mimo jiné také poprvé experimentálně doložili, že grafen dokáže propasírovat elektrony do jiných materiálů. Pokud vědci tuhle technologii rozvinou, tak by se nanobiogenerátor Rozhkovové, který v sobě poutavým způsobem spojuje nanotechnologii s biotechnologií, mohl časem stát zajímavým zdrojem energie.

 


Video:  A Look Inside Argonne"s Center for Nanoscale Materials. Kredit: Argonne National Laboratory.

 

 


Literatura

Argonne National Laboratory News 19. 9. 2014, ACS Nano 8: 7995–8002 ,Wikipedia (Hydrogen economy, Bacteriorhodopsin).

 

Datum: 11.10.2014 12:16
Tisk článku

Periodická soustava prvků - neuveden
Knihy.ABZ.cz
 
 
cena původní: 29 Kč
cena: 25 Kč
Periodická soustava prvků
neuveden

Diskuze:

moje chyba

Libor Zak,2014-10-12 20:58:33

Záměna článků, omylem jsem klikl na odkaz podobné články, toto není článek, na který jsem chtěl reagovat. Máte samozřejmě pravdu, v tomto případě jde o jiný princip, který mě neděsí ani trochu. Ale manipulace o které píšu opravdu existuje. A původní záměr i této technologie takový byl, toto je jen vylepšení a krok správným směrem.

Odpovědět

Je biologická výroba vodíku dobrý nápad?

Libor Zak,2014-10-11 20:22:30

Já nevím, kdysi dávno zemi vládly anaerobní organismy, pak přišly aerobní organismy a původní obsazení naší planety se rapidně změnilo. Vlastně to bylo první velké vymírání a způsobilo to že dnes kyslík tvoří velkou část atmosféry. Taky to způsobilo jev zvaný požáry. Takže máme v atmosféře velký podíl kyslíku. Já vím, že se tyto uměle pozměněné organizmy vytvářejí tak, aby nepřežily bez umělého dopování nějakou v přírodě se nevyskytující látkou, ale život má nepříjemnou vlastnost mutovat a přizpůsobovat se. Prostě jednou z těch biliard buněk vznikne jedna co tu látku nebude potřebovat a začne se množit a nakonec unikne. A najednou budeme mít na světě řasu, bakterii, nebo sinici, která místo oxidu uhličitého bude produkovat hlavně vodík. Všichni víme co se stalo v případě Hindenburgu, tak si to představme v měřítku zeměkoule. Vím, že to možná přeháním a třeba proti genetickým úpravám potravin víceméně nic moc nemám, ale tohle mě trošku děsí.

Odpovědět


Jaký organismus?

Pavel A1,2014-10-11 21:55:16

Tady nejde o "výrobu" nového organismu, ale jen o využití jednoho enzymu. To byste se musel taky bát, že vám obživne prací prášek a vyčistí celou Zeměkouli.

Odpovědět




Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni




















Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace