Biohydrogen
பயோஹைட்ரஜன் என்பது உயிரியல் ரீதியாக உற்பத்தி செய்யப்படும் H2 ஆகும். இந்த தொழில்நுட்பத்தில் ஆர்வம் அதிகமாக உள்ளது, ஏனெனில் H2 ஒரு சுத்தமான எரிபொருள் மற்றும் உயிரியல் கழிவுகள் உட்பட சில வகையான பயோமாஸிலிருந்து உடனடியாக உற்பத்தி செய்ய முடியும். மேலும் சில ஒளிச்சேர்க்கை நுண்ணுயிரிகள் ஒளியை ஆற்றல் ஆதாரமாகப் பயன்படுத்தி நீர் பிளவுபடுவதிலிருந்து நேரடியாக H2 ஐ உற்பத்தி செய்யும் திறன் கொண்டவை. உயிரியல் ஹைட்ரஜன் உற்பத்தியின் நம்பிக்கைக்குரிய சாத்தியக்கூறுகள் தவிர, பல சவால்கள் இந்த தொழில்நுட்பத்தை வகைப்படுத்துகின்றன. முதல் சவால்களில் எச் 2 க்கு உள்ளார்ந்தவை அடங்கும், அதாவது ஒரு வெடிக்கும் ஒடுக்க முடியாத வாயுவை சேமித்து வைப்பது மற்றும் கொண்டு செல்வது போன்றவை. கூடுதலாக, ஹைட்ரஜன் உற்பத்தி செய்யும் உயிரினங்கள் O2 ஆல் நச்சுத்தன்மை கொண்டவை மற்றும் H2 இன் விளைச்சல் பெரும்பாலும் குறைவாக இருக்கும். உயிர்வேதியியல் கோட்பாடுகள் ஹைட்ரஜன் உருவாக்கத்தை ஊக்குவிக்கும் முக்கிய எதிர்வினைகள் எலக்ட்ரான்களைப் பெறுவதற்கு அடி மூலக்கூறுகளின் ஆக்சிஜனேற்றத்தை உள்ளடக்கியது. பின்னர், இந்த எலக்ட்ரான்கள் மூலக்கூறு ஹைட்ரஜனை உருவாக்க இலவச புரோட்டான்களுக்கு மாற்றப்படுகின்றன. இந்த புரோட்டான் குறைப்பு எதிர்வினை பொதுவாக ஹைட்ரஜனேஸ்கள் எனப்படும் நொதி குடும்பத்தால் செய்யப்படுகிறது. ஹெட்டோரோட்ரோபிக் உயிரினங்களில், NADH இலிருந்து NAD + ஐ மீண்டும் உருவாக்குவதற்கான ஒரு வழியாக பல வகையான நொதித்தலில் sugars.Hydrogen வாயுவின் நொதித்தலின் போது எலக்ட்ரான்கள் உற்பத்தி செய்யப்படுகின்றன. எலக்ட்ரான்கள் ஃபெரெடாக்ஸினுக்கு மாற்றப்படுகின்றன, அல்லது H2 ஐ உற்பத்தி செய்யும் ஹைட்ரஜனேஸ் மூலம் NADH இலிருந்து நேரடியாக ஏற்றுக்கொள்ளப்படலாம். இதன் காரணமாக பெரும்பாலான எதிர்வினைகள் குளுக்கோஸ் உடன் தொடங்குகின்றன, இது அசிட்டிக் அமிலமாக மாற்றப்படுகிறது. C6H12O6 + 2 H2O-> 2 CH3COOH + 2 CO2 + 4 H2A தொடர்புடைய எதிர்வினை கார்பன் டை ஆக்சைடுக்குப் பதிலாக வடிவமைப்பைத் தருகிறதுஃ C6H12O6 + 2 H2O-> 2 CH3COOH + 2 HCOOH + 2 H2 இந்த எதிர்வினைகள் முறையே 216 மற்றும் 209 கிலோகலோரி/மோலால் உட்செலுத்தப்படுகின்றன. அனைத்து உயிரினங்களிலும் 99 சதவீதம் டைஹைட்ரஜனைப் (எச்2) பயன்படுத்துகின்றன அல்லது உற்பத்தி செய்கின்றன என்று மதிப்பிடப்பட்டுள்ளது. இந்த இனங்களில் பெரும்பாலானவை நுண்ணுயிரிகளாகும், மேலும் ஹைட்ரஜனேஸ்கள் எனப்படும் H2 மெட்டலோஎன்சைம்களின் வெளிப்பாட்டிலிருந்து H2 ஐ வளர்சிதை மாற்றமாகப் பயன்படுத்தும் அல்லது உற்பத்தி செய்யும் திறன் எழுகிறது. இந்த பரவலாக மாறுபட்ட குடும்பத்திற்குள் உள்ள என்சைம்கள் பொதுவாக செயலில் உள்ள தள உலோக உள்ளடக்கத்தின் அடிப்படையில் மூன்று வெவ்வேறு வகைகளாக வகைப்படுத்தப்படுகின்றனஃ [FeFe]-ஹைட்ரஜனேஸ்கள் (இரும்பு-இரும்பு), [NiFe]-ஹைட்ரஜனேஸ்கள் (நிக்கல்-இரும்பு) ஹைட்ரஜனேஸ்கள், மற்றும் [Fe]-ஹைட்ரஜனேஸ்கள் (இரும்பு மட்டும்). பல உயிரினங்கள் இந்த நொதிகளை வெளிப்படுத்துகின்றன. குறிப்பிடத்தக்க எடுத்துக்காட்டுகள் க்ளோஸ்ட்ரிடியம், டெசல்போவிபிரியோ, ரால்ஸ்டோனியா அல்லது நோய்க்கிருமி ஹெலிகோபாக்டர் இனத்தைச் சேர்ந்த உறுப்பினர்கள், அவர்களில் பெரும்பாலோர் கண்டிப்பான-அனரோப்கள் அல்லது ஃபால்டேடிவ் நுண்ணுயிரிகள். பச்சை பாசி போன்ற பிற நுண்ணுயிரிகளும் மிகவும் சுறுசுறுப்பான ஹைட்ரஜனேஸ்களை வெளிப்படுத்துகின்றன, ஏனெனில் இது ஹைட்ரஜனேஸ் என்சைம்களின் தீவிர பன்முகத்தன்மைக்கு Chlamydomonas.Due இனத்தின் உறுப்பினர்களுக்கான கே ஆகும், மேம்பட்ட அம்சங்களைக் கொண்ட புதிய என்சைம்களைத் திரையிடுவதில் தொடர்ந்து முயற்சிகள் கவனம் செலுத்துகின்றன, அதே போல் ஏற்கனவே வகைப்படுத்தப்பட்ட ஹைட்ரஜனேஸ்களை மிகவும் விரும்பத்தக்க பண்புகளை வழங்குவதற்கான பொறியியல். பாசிகளால் உற்பத்தி பாசிகளுடன் உயிரியல் ஹைட்ரஜன் உற்பத்தி என்பது ஒளி உயிரியல் நீர் பிரிவின் ஒரு முறையாகும், இது பாசிகளால் சூரிய எரிபொருளாக ஹைட்ரஜனை உற்பத்தி செய்வதன் அடிப்படையில் ஒரு மூடிய ஒளி உயிரியல் உலை மூலம் செய்யப்படுகிறது. பாசிகள் சில நிபந்தனைகளின் கீழ் ஹைட்ரஜனை உற்பத்தி செய்கின்றன. சி. ரீன்ஹார்ட்டி பாசிகள் கந்தகத்தை இழந்தால் அவை சாதாரண ஒளிச்சேர்க்கையைப் போலவே ஆக்ஸிஜனின் உற்பத்தியிலிருந்து ஹைட்ரஜன் உற்பத்திக்கு மாறும் என்று 2000 ஆம் ஆண்டில் கண்டுபிடிக்கப்பட்டது. பச்சை பாசி எக்ஸ்பிரஸ் [FeFe] ஹைட்ரஜனேஸ்கள், அவற்றில் சில 104s−1 ஐ விட அதிக விற்றுமுதல் விகிதங்களைக் கொண்ட மிகவும் திறமையான ஹைட்ரஜனேஸ்களாக கருதப்படுகின்றன. இருப்பினும் இந்த குறிப்பிடத்தக்க வினையூக்கி செயல்திறன் ஆக்ஸிஜனுக்கான அதன் தீவிர உணர்திறன் மூலம் நிழலிடப்பட்டுள்ளது, இது O2 ஆல் மாற்ற முடியாத வகையில் செயலிழக்கச் செய்யப்படுகிறது. செல்கள் கந்தகத்தை இழக்கும்போது, ஒளி அமைப்பு II இன் ஒளி-சேதம் காரணமாக ஆக்ஸிஜன் பரிணாமம் நிறுத்தப்படுகிறது, இந்த நிலையில் செல்கள் O2 ஐ உட்கொள்ளத் தொடங்குகின்றன மற்றும் H2 உற்பத்தியை ஊக்குவிக்க பூர்வீக [FeFe] ஹைட்ரஜனேஸ்களுக்கு சிறந்த காற்றில்லா சூழலை வழங்குகின்றன. சயனோபாக்டீரியா மற்றும் பச்சை பாசிகளில் உள்ள ஒளிச்சேர்க்கை ஒளிச்சேர்க்கை தண்ணீரை ஹைட்ரஜன் அயனிகள் மற்றும் எலக்ட்ரான்களாக பிரிக்கிறது. எலக்ட்ரான்கள் ஃபெர்ரெடாக்ஸின்கள் வழியாக கொண்டு செல்லப்படுகின்றன. ஃபெ-ஃபெ-ஹைட்ரஜனேஸ்கள் (என்சைம்கள்) அவற்றை ஹைட்ரஜன் வாயுவாக இணைக்கின்றன. கிளாமிடமோனாஸில் ரென்ஹார்ட்டி ஃபோட்டோஸிஸ்டம் II சூரிய ஒளியை நேரடியாக மாற்றுவதில் உற்பத்தி செய்கிறது, இது ஹைட்ரஜன் வாயுவில் முடிவடையும் எலக்ட்ரான்களில் 80 சதவீதம் ஆகும். 2020 ஆம் ஆண்டில் விஞ்ஞானிகள் காற்றின் கீழ் பகல் நேரத்தில் ஒளிச்சேர்க்கை மூலம் ஆக்ஸிஜன் அல்லது CO2 உடன் ஹைட்ரஜனை உற்பத்தி செய்யக்கூடிய பல்லுயிர் கோள நுண்ணுயிர் உலைகளுக்கான பாசி-செல் அடிப்படையிலான மைக்ரோ-குழம்பின் வளர்ச்சியை அறிவித்தனர். மைக்ரோ ரியாக்டர்களை சினெர்ஜிஸ்டிக் பாக்டீரியாவுடன் இணைப்பது O2 செறிவுகளைக் குறைப்பதன் மூலம் ஹைட்ரஜன் உற்பத்தியின் அளவை அதிகரிப்பதாகக் காட்டப்பட்டது. ஒளி அறுவடை ஆண்டெனா குறைப்பு மூலம் உற்பத்தியை மேம்படுத்துதல் ஒளி உயிரியல் சூரிய மாற்ற செயல்திறன் மற்றும் எச் 2 உற்பத்தியை அதிகரிக்க பச்சை பாசிகளில் உள்ள குளோரோஃபில் (சிஎச்எல்) ஆண்டெனா அளவு குறைக்கப்படுகிறது அல்லது துண்டிக்கப்படுகிறது. ஒளி அறுவடை சிக்கலான ஒளி அமைப்பு II ஒளி அறுவடை புரதம் எல். எச். சி. பி. எம் 9 திறமையான ஒளி ஆற்றல் சிதறலை ஊக்குவிக்கிறது என்று நிரூபிக்கப்பட்டுள்ளது. துண்டிக்கப்பட்ட சிஎச்எல் ஆண்டெனா அளவு தனிப்பட்ட உயிரணுக்களால் சூரிய ஒளியை உறிஞ்சுவதையும் வீணாக்குவதையும் குறைக்கிறது, இதன் விளைவாக சிறந்த ஒளி பயன்பாட்டு செயல்திறன் மற்றும் உயிரியல் உலைகளில் பச்சை ஆல்கா ஒரு வெகுஜன கலாச்சாரமாக வளர்க்கப்படும்போது அதிக ஒளிச்சேர்க்கை செயல்திறன் ஏற்படுகிறது. பொருளாதாரம் பாசி அடிப்படையிலான பயோஹைட்ரஜனுக்கான தற்போதைய அறிக்கைகளுடன், அமெரிக்காவில் மட்டும் பெட்ரோல் வழங்கும் ஆற்றலுக்கு சமமான பயோஹைட்ரஜனை உற்பத்தி செய்ய சுமார் 25,000 சதுர கிலோமீட்டர் பாசி விவசாயம் தேவைப்படும். இந்த பகுதி அமெரிக்காவில் சோயா பயிரிட அர்ப்பணிக்கப்பட்ட நிலப்பரப்பில் சுமார் 10 சதவீதத்தைக் குறிக்கிறது. உயிரியல் உலை வடிவமைப்பு ஒரு புரோட்டான் சாய்வு குவிப்பதன் மூலம் ஒளிச்சேர்க்கை ஹைட்ரஜன் உற்பத்தியை கட்டுப்படுத்துகிறது. கார்பன் டை ஆக்சைடு மூலம் ஒளிச்சேர்க்கை ஹைட்ரஜன் உற்பத்தியின் போட்டி தடுப்பு. திறமையான ஒளிச்சேர்க்கை செயல்பாட்டிற்கு ஒளிச்சேர்க்கை அமைப்பு II (பிஎஸ்ஐஐ) இல் பைகார்பனேட் பிணைப்புக்கான தேவை. பாசி ஹைட்ரஜன் உற்பத்தியில் ஆக்ஸிஜனால் எலக்ட்ரான்களின் போட்டி வடிகால். பொருளாதாரம் மற்ற எரிசக்தி ஆதாரங்களுக்கு நிகரான போட்டி விலையை எட்ட வேண்டும், மேலும் பொருளாதாரம் பல அளவுருக்களைப் பொறுத்தது. மூலக்கூறு ஹைட்ரஜனில் சேமிக்கப்பட்ட சூரிய ஆற்றலை இரசாயன ஆற்றலாக மாற்றுவதில் உள்ள செயல்திறன் ஒரு பெரிய தொழில்நுட்ப தடையாக உள்ளது. உயிரியல் பொறியியல் மூலம் இந்தப் பிரச்சினைகளைத் தீர்ப்பதற்கான முயற்சிகள் நடந்து வருகின்றன. சயனோபாக்டீரியா மூலம் உற்பத்தி செய்யப்படும் உயிரியல் ஹைட்ரஜன் உற்பத்தியும் நைட்ரஜனை நிர்ணயிக்கும் சயனோபாக்டீரியாவில் காணப்படுகிறது. இந்த நுண்ணுயிரிகள் இழைகளை உருவாக்கி வளர முடியும். நைட்ரஜன்-வரையறுக்கப்பட்ட நிலைமைகளின் கீழ் சில உயிரணுக்கள் நிபுணத்துவம் பெற்று ஹீட்டோரோசிஸ்ட்களை உருவாக்க முடியும், இது நைட்ரஜனேஸ் நொதியால் N2 பொருத்துதலை எளிதாக்க ஒரு காற்றில்லா ஊடுருவல் உட்புற இடத்தை உறுதி செய்கிறது. நைட்ரஜன்-நிலைப்படுத்தல் நிலைமைகளின் கீழ், நைட்ரஜனேஸ் நொதி எலக்ட்ரான்களை ஏற்றுக்கொண்டு ஏடிபியை உட்கொண்டு மூன்று டைனிட்ரோஜன் பிணைப்பை உடைத்து அம்மோனியாவாகக் குறைக்கிறது. நைட்ரஜனேஸ் நொதியின் வினையூக்கி சுழற்சியின் போது, மூலக்கூறு ஹைட்ரஜனும் உற்பத்தி செய்யப்படுகிறது. N2 + 8 H + + 8NAD (P) H + 16 ATP-> 2 NH3 + H2 + 16 ADP + 16 Pi + 8 NAD (P) + இருப்பினும், H2 இன் உற்பத்தி உயிரணுக்களுக்கு ஒரு முக்கியமான ஆற்றல் இழப்பாக இருப்பதால், பெரும்பாலான நைட்ரஜன் பொருத்துதல் சயனோபாக்டீரியாவும் குறைந்தது ஒரு உறிஞ்சும் ஹைட்ரஜனேஸைக் கொண்டுள்ளன. உறிஞ்சும் ஹைட்ரஜனேஸ்கள் ஆக்ஸிஜன் ஆக்சிஜனேற்றத்திற்கு ஒரு வினையூக்கி சார்பை வெளிப்படுத்துகின்றன, இதனால் நைட்ரஜன் நிலைப்படுத்தல் செயல்பாட்டின் போது முதலீடு செய்யப்பட்ட ஆற்றலின் ஒரு பகுதியை மீட்டெடுப்பதற்கான ஒரு வழியாக உற்பத்தி செய்யப்பட்ட H2 ஐ ஒருங்கிணைக்க முடியும். 1933 ஆம் ஆண்டில், மர்ஜோரி ஸ்டீபன்சன் மற்றும் அவரது மாணவர் ஸ்டிக்லாண்ட் ஆகியோர் செல் சஸ்பென்ஷன்கள் எச் 2 உடன் மெத்திலீன் நீலத்தை குறைப்பதை ஊக்குவித்ததாக தெரிவித்தனர். ஆறு ஆண்டுகளுக்குப் பிறகு, பச்சை ஒளிச்சேர்க்கை ஆல்கா கிளாமிடமோனாஸ் ரீன்ஹார்ட்டி, சில நேரங்களில் ஹைட்ரஜனை உற்பத்தி செய்யும் என்பதை ஹான்ஸ் காஃப்ரான் கவனித்தார். கந்தகத்தின் பற்றாக்குறை ஆல்கா ஆக்ஸிஜன் உற்பத்தியில் இருந்து (சாதாரண ஒளிச்சேர்க்கை) ஹைட்ரஜன் உற்பத்திக்கு மாறத் தூண்டுகிறது என்பதை 1990 களின் பிற்பகுதியில் அனாஸ்டாசியோஸ் மெலிஸ் கண்டுபிடித்தார். இந்த எதிர்வினைக்கு காரணமான நொதி ஹைட்ரஜனேஸ் என்று அவர் கண்டறிந்தார், ஆனால் ஹைட்ரஜனேஸ் ஆக்ஸிஜனின் முன்னிலையில் இந்த செயல்பாட்டை இழந்தது. பாசிகளுக்குக் கிடைக்கும் கந்தகத்தின் அளவைக் குறைப்பது அவற்றின் உள் ஆக்ஸிஜன் ஓட்டத்தை சீர்குலைத்து, ஹைட்ரஜனேஸ் வினைபுரியும் சூழலை அனுமதிக்கிறது, இதனால் பாசிகள் ஹைட்ரஜனை உற்பத்தி செய்கின்றன என்றும் மெலிஸ் கண்டுபிடித்தார். கிளாமிடமோனாஸ் மோவுசி ஹைட்ரஜன் உற்பத்திக்கு ஒரு நம்பிக்கைக்குரிய திரிபு ஆகும். குறைந்தபட்சம் வணிக பயன்பாடுகளுக்காவது பயோஹைட்ரஜனுடன் போட்டியிடும் தொழில்துறை ஹைட்ரஜன், பல முதிர்ந்த தொழில்துறை செயல்முறைகளாகும். இயற்கை எரிவாயுவின் நீராவி சீர்திருத்தம்-சில நேரங்களில் நீராவி மீத்தேன் சீர்திருத்தம் (எஸ். எம். ஆர்) என்று குறிப்பிடப்படுகிறது-இது உலக உற்பத்தியில் சுமார் 95 சதவீதத்தில் மொத்த ஹைட்ரஜனை உற்பத்தி செய்வதற்கான மிகவும் பொதுவான முறையாகும். CH4 + H2O <-> CO + 3 H2 மேலும் காண்க அல்காகல்ச்சர் ஹைட்ரஜன் உற்பத்தி ஹைட்ரஜன் ஃபோட்டோஹைட்ரஜன் ஹைட்ரஜன் தொழில்நுட்பங்களின் காலவரிசை மேற்கோள்கள் வெளிப்புற இணைப்புகள் DoE-ஹைட்ரஜனின் உயிரியல் உற்பத்திக்கான ஒரு வாய்ப்பு FAO ஒளி பயன்பாட்டு செயல்திறன் மற்றும் மைக்ரோஆல்கல் கலாச்சாரங்களில் ஹைட்ரஜன் உற்பத்தியை அதிகரிக்கிறது DIY ஆல்கா/ஹைட்ரஜன் உயிரியல் உலை 2004 EERE-சுழற்சி ஃபோட்டோபயோலாஜிக்கல் ஆல்ஜல் H2-உற்பத்தி காற்றில்லா செரிமானம் உயிரியல் சிதைக்கக்கூடிய கழிவு மேலாண்மை உயிரியல் எரிபொருள் உயிரி எரிபொருள் உயிரி தொழில்நுட்ப தயாரிப்புகள் எரிபொருள் எரிபொருள் ஹைட்ரஜன் ஹைட்ரஜன் உயிரியல் ஹைட்ரஜன் பொருளாதாரம் ஹைட்ரஜன் உற்பத்தி கழிவு மேலாண்மை