Топливные элементы на основе ферментов

26 декабря 2006

Возможно, что в ближайшем будущем ферменты-оксидоредуктазы смогут заменить дорогие платиносодержащие катализаторы в водородных топливных элементах.

Фразер Армстронг (Fraser Armstrong) и его коллеги из Оксфордского университета использовали фермент для катализа окисления водорода в воду в безопасной невоспламеняющейся смеси, содержащей всего три объемных процента водорода.

Водородные топливные элементы позволяют получать электричество за счет реакции кислорода с водородом. Этот способ получения энергии может считаться «зеленым» только в том случае, если водород получается не за счет нефти или других природных источников углеводородов. Энергетические элементы такого типа пока не могут обходиться без катализаторов, получаемых на основе драгоценных металлов. Подкласс ферментов оксидоредуктаз – гидрогеназы способствуют окислению водорода, причем эффективнее, чем катализаторы на основе платины. К сожалению, большинство этих ферментов инактивируется в присутствие даже следовых количеств кислорода.

Реакции, протекающие в топливном элементе, состоящем из графитового анода, модифицированного устойчивой к кислороду гидрогеназой R. metallidurans CH34 и графитового катода, модифицированного лакказой грибного происхождении, погруженных в водный раствор электролита в атмосфере, содержащей 3% водорода. Гидрогеназа, окисляющая водород до протона, должна создавать достаточный электрический ток для восстановления кислорода.

Исследователи из Оксфорда изучили ферменты-гидрогеназы, выделяемые из водородо-окисляющих бактерий семейства knallgas. Эти оксидоредуктазы устойчивы к действию кислорода и других газов, способных выступать в роли каталитических ядов для традиционных платиновых катализаторов. Армстронг отмечает, что обнаружение гидрогеназы, способной окислять водород, находящийся в газовых смесях в весьма разбавленном состоянии, воодушевило английских ученых проверить, насколько реально создание топливного элемента, работающего на безопасной смеси водород : воздух.

Энтони Ведд (Anthony Wedd), эксперт в области бионеорганической химии из Университета Мельбурна отметил, что работа английских коллег является очень значимым достижением. Он подчеркнул, что исследование группы Армстронга впервые объединяет возможности каталитической системы природного происхождения с практически значимыми экспериментальными условиями. Все это, по словам эксперта, делает более доступной возможность использования экологически чистой водородной энергетики.

Источник: Chem. Commun., 2006, 5033.