La producción biológica de hidrógeno a partir de algas es un proceso de desdoblamiento biológico del agua, acompañado de la liberación de hidrógeno molecular , que se lleva a cabo en un fotobiorreactor cerrado por algas verdes unicelulares - chlamydomonas o chlorella . Esta tecnología de generación de biohidrógeno se basa en el cambio adaptativo del fotometabolismo de las algas en respuesta a condiciones ambientales no óptimas y se propuso en la década de 1990 tras el descubrimiento de la emisión de hidrógeno por parte de un cultivo de Chlamydomonas Reinhardt , causada por la deficiencia de azufre .
En 1939, el investigador alemán Hans Gaffron , mientras trabajaba en la Universidad de Chicago , descubrió que el alga verde que estaba estudiando, Chlamydomonas reinhardtii , a veces pasaba de producir oxígeno a producir hidrógeno [1] . Gaffron no pudo determinar el motivo de este cambio. A fines de la década de 1990, la profesora Anastasis Melis , mientras trabajaba como investigadora en Berkeley, descubrió que en condiciones de falta de azufre, las clamidomonas detienen la fotosíntesis con la liberación de oxígeno y cambian a la liberación de hidrógeno. Descubrió la enzima responsable de este comportamiento, la hidrogenasa , que no funciona en presencia de oxígeno. Melis descubrió que la falta de azufre interrumpe la circulación interna de oxígeno, cambiando el entorno de la hidrogenasa para que sea capaz de sintetizar hidrógeno. Posteriormente, se descubrió otra especie de Chlamydomonas prometedora para la producción de biohidrógeno : Chlamydomonas moeweesi .
En 2006, investigadores de la Universidad de Bielefeld y la Universidad de Queensland modificaron genéticamente el alga unicelular Chlamydomonas reinhardtii para producir cantidades significativamente mayores de hidrógeno [2] . El alga mutante Stm6 resultante puede, durante mucho tiempo, producir cinco veces más hidrógeno que su antepasado y proporcionar una eficiencia energética del 1,6 al 2,0 %.
2006 Documento inédito de UC Berkeley (programa dirigido por MRIGlobal ) bajo contrato con el Laboratorio Nacional de Energía Renovable promete desarrollar tecnología con un 10 % de eficiencia energética Afirma ser acortando la pila de clorofila de Tasios [3] .
2006 : se desarrolla en la Universidad de Karlsruhe un prototipo de biorreactor que contiene entre 500 y 1000 litros de cultivo de algas . Este reactor se está utilizando para probar la viabilidad de sistemas rentables de este tipo durante los próximos cinco años.
La biofotólisis del agua es la descomposición del agua en hidrógeno y oxígeno con la participación de sistemas microbiológicos.
Durante la fotosíntesis, las cianobacterias y las algas verdes descomponen el agua en iones de hidrógeno y electrones. Los electrones se transfieren a la ferredoxina, la [FeFe]-hidrogenasa los transfiere a los protones con la formación de hidrógeno gaseoso. Fotosistema II Chlamydomonas reinhardtii produce el 80% de los electrones en la radiación solar directa, que eventualmente encuentran su camino hacia el gas de hidrógeno. LHCBM9 es una proteína de captación de luz II en un complejo de captación de luz que apoya eficazmente la energía solar. [FeFe]-hidrogenasa requiere condiciones anaeróbicas porque el oxígeno bloquea su actividad. La espectroscopia de Fourier se aplica para estudiar las vías metabólicas .
Los sistemas de antenas de clorofila en las algas verdes se reducen o acortan para maximizar la eficiencia de la conversión fotobiológica de la luz en H 2 . El sistema acortado minimiza la absorción y la dispersión inútil de la luz a través de las células individuales, lo que a su vez aumenta la eficiencia del uso de la luz y aumenta la productividad de la fotosíntesis en las colonias de algas verdes.
Una granja de algas productoras de hidrógeno del tamaño del estado de Texas produciría suficiente hidrógeno para satisfacer las necesidades del mundo entero. . Unos 25.000 km² son suficientes para compensar el consumo de gasolina estadounidense . Esto es diez veces menos de lo que se usa en la agricultura estadounidense para cultivar soya [4] .
Los microorganismos formadores de hidrógeno están ampliamente distribuidos en la naturaleza. Por ejemplo, un cultivo en crecimiento de Rhodopseudomonas capsulata libera de 200 a 300 ml de hidrógeno por 1 gramo de biomasa seca [5] . La formación microbiológica de hidrógeno puede provenir de compuestos de naturaleza carbohidrato ( almidón , celulosa ).