Phát triển pin sinh học để lưu trữ hydro

Cuộc chiến chống biến đổi khí hậu đang khiến việc tìm kiếm các nguồn năng lượng trung tính với carbon ngày càng trở nên cấp thiết. Hydro xanh, được sản xuất từ ​​nước với sự hỗ trợ của các năng lượng tái tạo như gió hoặc năng lượng mặt trời, là một trong những giải pháp mà hy vọng được thắp lên. Tuy nhiên, việc vận chuyển và lưu trữ loại khí dễ nổ rất khó khăn và các nhà nghiên cứu trên toàn thế giới đang tìm kiếm các giải pháp hóa học và sinh học. Một nhóm các nhà vi sinh vật học từ Đại học Goethe Frankfurt đã tìm thấy một loại enzyme trong vi khuẩn sống trong điều kiện không có không khí và liên kết hydro trực tiếp với CO₂ , theo cách này tạo ra axit formic.

Quá trình này hoàn toàn có thể đảo ngược – một yêu cầu cơ bản để lưu trữ hydro. Những vi khuẩn acetogenic này, chẳng hạn được tìm thấy ở biển sâu, ăn carbon dioxide, chúng chuyển hóa thành axit formic với sự hỗ trợ của hydro. Tuy nhiên, thông thường, axit formic này chỉ là sản phẩm trung gian của quá trình chuyển hóa của chúng và tiếp tục được tiêu hóa thành axit axetic và etanol. Nhưng nhóm nghiên cứu do Giáo sư Volker Müller, người đứng đầu Khoa Vi sinh phân tử và Chất sinh học dẫn đầu, đã điều chỉnh vi khuẩn theo cách có thể không chỉ để ngăn chặn quá trình này ở giai đoạn axit formic mà còn có thể đảo ngược nó. Nguyên tắc cơ bản đã được cấp bằng sáng chế từ năm 2013.

“Tỷ lệ đo được của quá trình khử CO₂ thành axit formic và trở lại là cao nhất từng đo được và lớn hơn nhiều lần so với các chất xúc tác sinh học hoặc hóa học khác. Nhóm này hiện đã có một thành công mới được báo cáo: sự phát triển của pin sinh học để lưu trữ hydro với sự hỗ trợ của cùng một loại vi khuẩn.

Đối với việc lưu trữ hydro trong thành phố hoặc trong nước, cần có một hệ thống trong đó vi khuẩn lưu trữ hydro trước rồi lại giải phóng nó trong một và cùng một lò phản ứng sinh học và càng ổn định càng tốt trong một thời gian dài. Fabian Schwarz, người đã viết luận án tiến sĩ về chủ đề này tại phòng thí nghiệm của Giáo sư Müller, đã thành công trong việc phát triển một lò phản ứng sinh học như vậy. Ông cho vi khuẩn ăn hydro trong tám giờ và sau đó đưa chúng vào chế độ ăn kiêng hydro trong giai đoạn 16 giờ qua đêm. Sau đó vi khuẩn lại giải phóng tất cả hydro. Có thể loại bỏ sự hình thành không mong muốn của axit axetic với sự trợ giúp của các quy trình kỹ thuật di truyền. “Hệ thống chạy cực kỳ ổn định trong ít nhất hai tuần,” Fabian Schwarz giải thích, người vui mừng vì tác phẩm này đã được chấp nhận xuất bản trên tạp chí Joule, một tạp chí về kỹ thuật quy trình hóa học và vật lý. Schwarz nói: “Việc các nhà sinh vật học xuất bản trên tạp chí quan trọng này hơi khác thường.

Volker Müller đã nghiên cứu các đặc tính của những vi khuẩn đặc biệt này trong luận án tiến sĩ của mình – và đã dành nhiều năm để tiến hành nghiên cứu cơ bản về chúng. Ông giải thích: “Tôi quan tâm đến cách những sinh vật đầu tiên này tổ chức các quá trình sống của chúng và cách chúng phát triển trong điều kiện thiếu không khí với các khí đơn giản như hydro và carbon dioxide. Do kết quả của biến đổi khí hậu, nghiên cứu của ông đã có được một khía cạnh mới, theo định hướng ứng dụng. Ông nói, điều đáng ngạc nhiên là đối với nhiều kỹ sư, sinh học có thể tạo ra các giải pháp khả thi.