Biohydrogen
بائیو ہائیڈروجن H2 ہے جو حیاتیاتی طور پر تیار کیا جاتا ہے۔ اس ٹیکنالوجی میں دلچسپی زیادہ ہے کیونکہ H2 ایک صاف ایندھن ہے اور اسے حیاتیاتی فضلہ سمیت بعض قسم کے بائیو ماس سے آسانی سے تیار کیا جا سکتا ہے۔ مزید برآں کچھ فوٹو سنتھیٹک مائکروجنزم روشنی کو توانائی کے ذریعہ کے طور پر استعمال کرتے ہوئے پانی کی تقسیم سے براہ راست H2 پیدا کرنے کی صلاحیت رکھتے ہیں۔ حیاتیاتی ہائیڈروجن کی پیداوار کے امید افزا امکانات کے علاوہ، بہت سے چیلنجز اس ٹیکنالوجی کی خصوصیت ہیں۔ پہلے چیلنجوں میں وہ شامل ہیں جو H2 کے لیے اندرونی ہیں، جیسے کہ دھماکہ خیز غیر کنڈینسیبل گیس کا ذخیرہ اور نقل و حمل۔ مزید برآں، ہائیڈروجن پیدا کرنے والے جانداروں کو O2 سے زہر آلود کیا جاتا ہے اور H2 کی پیداوار اکثر کم ہوتی ہے۔ بائیو کیمیکل اصول ہائیڈروجن کی تشکیل کو چلانے والے اہم رد عمل میں الیکٹرانوں کو حاصل کرنے کے لیے سبسٹریٹس کی آکسیکرن شامل ہوتی ہے۔ پھر، ان الیکٹرانوں کو سالماتی ہائیڈروجن بنانے کے لیے آزاد پروٹانوں میں منتقل کیا جاتا ہے۔ یہ پروٹون میں کمی کا رد عمل عام طور پر ایک انزائم خاندان کے ذریعہ انجام دیا جاتا ہے جسے ہائیڈروجنسیس کہا جاتا ہے۔ ہیٹروٹروفک حیاتیات میں، این اے ڈی ایچ سے این اے ڈی + کو دوبارہ پیدا کرنے کے طریقے کے طور پر sugars.Hydrogen گیس کے خمیر کے دوران الیکٹران پیدا ہوتے ہیں جو کئی قسم کے خمیر میں پیدا ہوتے ہیں۔ الیکٹرانوں کو فیرڈاکسن میں منتقل کیا جاتا ہے، یا ہائیڈروجنز کے ذریعے NADH سے براہ راست قبول کیا جا سکتا ہے، جس سے H2 پیدا ہوتا ہے۔ اس کی وجہ سے زیادہ تر رد عمل گلوکوز سے شروع ہوتے ہیں، جو ایسیٹک ایسڈ میں تبدیل ہو جاتا ہے۔ سی 6 ایچ 12 او 6 + 2 ایچ 2 او-> 2 سی ایچ 3 سی او او ایچ + 2 سی او 2 + 4 ایچ 2 اے متعلقہ تعامل کاربن ڈائی آکسائیڈ کے بجائے فارمیٹ دیتا ہے: سی 6 ایچ 12 او 6 + 2 ایچ 2 او-> 2 سی ایچ 3 سی او او ایچ + 2 ایچ سی او او ایچ + 2 ایچ 2 یہ تعاملات بالترتیب 216 اور 209 کیلوری/مول کے ذریعے ایکسرگونک ہوتے ہیں۔ یہ اندازہ لگایا گیا ہے کہ تمام حیاتیات میں سے 99 ٪ ڈائی ہائیڈروجن (H2) کا استعمال کرتے ہیں یا پیدا کرتے ہیں۔ ان میں سے زیادہ تر انواع جرثومے ہیں اور میٹابولائٹ کے طور پر H2 کو استعمال کرنے یا پیدا کرنے کی ان کی صلاحیت H2 میٹالونزیمز کے اظہار سے پیدا ہوتی ہے جسے ہائیڈروجنسیس کہا جاتا ہے۔ اس وسیع پیمانے پر متنوع خاندان کے اندر انزائموں کو عام طور پر فعال سائٹ دھات کے مواد کی بنیاد پر تین مختلف اقسام میں ذیلی درجہ بندی کیا جاتا ہے: [فیف]-ہائیڈروجنس (آئرن-آئرن)، [نیف]-ہائیڈروجنس (نکل-آئرن) ہائیڈروجنس، اور [فی]-ہائیڈروجنس (صرف آئرن)۔ بہت سے جاندار ان انزائموں کا اظہار کرتے ہیں۔ قابل ذکر مثالیں جنرا کلوسٹریڈیم، ڈیسلفوویبریو، رالسٹونیا یا پیتھوجین ہیلیکوبیکٹر کے اراکین ہیں، جن میں سے زیادہ تر سخت اینیروبس یا فیکلٹیٹو مائکروجنزم ہیں۔ دیگر مائکروجنزم جیسے سبز طحالب بھی انتہائی فعال ہائیڈروجنس کا اظہار کرتے ہیں، کیونکہ یہ جنرا Chlamydomonas.Due کے اراکین کے لیے ہائیڈروجنس انزائموں کے انتہائی تنوع کا سبب بنتا ہے، جاری کوششیں بہتر خصوصیات کے ساتھ نئے انزائموں کی اسکریننگ پر مرکوز ہیں، نیز انجینئرنگ پہلے سے ہی نمایاں ہائیڈروجنس کو زیادہ مطلوبہ خصوصیات فراہم کرنے کے لیے۔ طحالب کے ذریعہ پیداوار طحالب کے ساتھ حیاتیاتی ہائیڈروجن کی پیداوار فوٹو بائیولوجیکل پانی کی تقسیم کا ایک طریقہ ہے جو طحالب کے ذریعہ شمسی ایندھن کے طور پر ہائیڈروجن کی پیداوار کی بنیاد پر ایک بند فوٹو بائیو ری ایکٹر میں کیا جاتا ہے۔ طحالب بعض حالات میں ہائیڈروجن پیدا کرتا ہے۔ 2000 میں یہ دریافت کیا گیا کہ اگر سی۔ رین ہارٹی طحالب گندھک سے محروم ہو جاتے ہیں تو وہ عام فوٹو سنتھیسز کی طرح آکسیجن کی پیداوار سے ہائیڈروجن کی پیداوار میں تبدیل ہو جائیں گے۔ سبز طحالب ایکسپریس [FeFe] ہائیڈروجنسیس، ان میں سے کچھ 104s−1 سے زیادہ کاروبار کی شرح کے ساتھ سب سے زیادہ موثر ہائیڈروجنسیس سمجھے جاتے ہیں۔ یہ قابل ذکر اتپریرک کارکردگی اس کے باوجود آکسیجن کے لیے اس کی انتہائی حساسیت کی وجہ سے سایہ دار ہے، جو O2 کے ذریعے ناقابل واپسی طور پر غیر فعال ہے۔ جب خلیات سلفر سے محروم ہو جاتے ہیں، تو فوٹو سسٹم II کے فوٹو نقصان کی وجہ سے آکسیجن کا ارتقاء رک جاتا ہے، اس حالت میں خلیات O2 کا استعمال شروع کر دیتے ہیں اور H2 کی پیداوار کو متحرک کرنے کے لیے مقامی [FeFe] ہائیڈروجنس کے لیے مثالی اینیروبک ماحول فراہم کرتے ہیں۔ سائیانو بیکٹیریا اور سبز طحالب میں فوٹو سنتھیسز پانی کو ہائیڈروجن آئنوں اور الیکٹرانوں میں تقسیم کرتی ہے۔ الیکٹرانوں کو فیرڈاکسن کے ذریعے منتقل کیا جاتا ہے۔ فی-فی-ہائیڈروجنیز (انزائم) انہیں ہائیڈروجن گیس میں جوڑتے ہیں۔ کلیمیڈوموناس رین ہارٹی فوٹو سسٹم II میں سورج کی روشنی کی براہ راست تبدیلی میں 80 ٪ الیکٹران پیدا ہوتے ہیں جو ہائیڈروجن گیس میں ختم ہوتے ہیں۔ 2020 میں سائنس دانوں نے ملٹی سیلولر اسپیرائڈ مائکروبیل ری ایکٹرز کے لیے الگل سیل پر مبنی مائیکرو ایملشن کی ترقی کی اطلاع دی جو ہوا کے نیچے دن کی روشنی میں فوٹو سنتھیسز کے ذریعے آکسیجن یا CO2 کے ساتھ ہائیڈروجن تیار کرنے کے قابل ہے۔ مائیکرو ریکٹرز کو ہم آہنگی والے بیکٹیریا سے منسلک کرنے سے او 2 کے ارتکاز میں کمی کے ذریعے ہائیڈروجن کی پیداوار کی سطح میں اضافہ دکھایا گیا۔ ہلکی کٹائی والے اینٹینا میں کمی کے ذریعے پیداوار میں بہتری سبز طحالب میں کلوروفل (سی ایچ ایل) اینٹینا کے سائز کو کم سے کم کیا جاتا ہے، یا کاٹ دیا جاتا ہے، تاکہ فوٹو بائیولوجیکل شمسی تبدیلی کی کارکردگی اور ایچ 2 کی پیداوار کو زیادہ سے زیادہ کیا جا سکے۔ یہ دکھایا گیا ہے کہ لائٹ ہارویسٹنگ کمپلیکس فوٹو سسٹم II لائٹ ہارویسٹنگ پروٹین ایل ایچ سی بی ایم 9 موثر لائٹ انرجی ڈسپیشن کو فروغ دیتا ہے۔ کٹے ہوئے سی ایچ ایل اینٹینا کا سائز انفرادی خلیوں کے ذریعے سورج کی روشنی کے جذب اور فضول خرچی کو کم کرتا ہے، جس کے نتیجے میں روشنی کے استعمال کی بہتر کارکردگی اور فوٹو سنتھیٹک کی زیادہ کارکردگی ہوتی ہے جب سبز الگا کو بائیو ری ایکٹرز میں ماس کلچر کے طور پر اگایا جاتا ہے۔ معاشیات طحالب پر مبنی بائیو ہائیڈرجن کی موجودہ رپورٹوں کے ساتھ، صرف امریکہ میں پٹرول کے ذریعہ فراہم کردہ توانائی کے مساوی بائیو ہائیڈروجن پیدا کرنے میں تقریبا 25,000 مربع کلومیٹر طحالب کی کاشت کاری لگے گی۔ یہ علاقہ امریکہ میں سویا اگانے کے لیے وقف تقریبا 10 فیصد رقبے کی نمائندگی کرتا ہے۔ بائیو ری ایکٹر ڈیزائن پروٹون گریڈینٹ کے جمع ہونے سے فوٹو سنتھیٹک ہائیڈروجن کی پیداوار پر پابندی کا مسئلہ پیدا کرتا ہے۔ کاربن ڈائی آکسائیڈ کے ذریعہ فوٹو سنتھیٹک ہائیڈروجن کی پیداوار کی مسابقتی روک تھام۔ موثر فوٹو سنتھیٹک سرگرمی کے لیے فوٹو سسٹم II (پی ایس آئی آئی) پر بائی کاربونیٹ بائنڈنگ کی ضرورت۔ الگل ہائیڈروجن کی پیداوار میں آکسیجن کے ذریعے الیکٹرانوں کی مسابقتی نکاسی۔ معاشیات کو توانائی کے دیگر ذرائع کے مقابلے میں مسابقتی قیمت تک پہنچنا چاہیے اور معاشیات کئی پیمانوں پر منحصر ہے۔ ایک بڑی تکنیکی رکاوٹ شمسی توانائی کو سالماتی ہائیڈروجن میں ذخیرہ شدہ کیمیائی توانائی میں تبدیل کرنے کی کارکردگی ہے۔ بائیو انجینئرنگ کے ذریعے ان مسائل کو حل کرنے کی کوششیں جاری ہیں۔ سائانوبیکٹیریا کے ذریعہ پیداوار حیاتیاتی ہائیڈروجن کی پیداوار نائٹروجن فکسنگ سائانوبیکٹیریا میں بھی مشاہدہ کی جاتی ہے۔ یہ مائکروجنزم تنوں کی تشکیل کرتے ہوئے بڑھ سکتے ہیں۔ نائٹروجن کے محدود حالات میں کچھ خلیے ہیٹروسائٹس کو مہارت دے سکتے ہیں اور تشکیل دے سکتے ہیں، جو اندر بھی ظاہر ہونے والے نائٹروجنز انزائم کے ذریعے N2 فکسشن کو آسان بنانے کے لیے ایک اینیروبک انٹرا سیلولر اسپیس کو یقینی بناتا ہے۔ نائٹروجن فکسشن کے حالات میں، نائٹروجنز انزائم الیکٹرانوں کو قبول کرتا ہے اور ٹرپل ڈائنائٹروجن بانڈ کو توڑنے اور اسے امونیا میں تبدیل کرنے کے لیے اے ٹی پی کا استعمال کرتا ہے۔ نائٹروجنز انزائم کے اتپریرک چکر کے دوران، سالماتی ہائیڈروجن بھی پیدا ہوتا ہے۔ N2 + 8 H + + 8NAD (P) H + 16 ATP-> 2 NH3 + H2 + 16 ADP + 16 Pi + 8 NAD (P) + اس کے باوجود، چونکہ H2 کی پیداوار خلیوں کے لیے توانائی کا ایک اہم نقصان ہے، زیادہ تر نائٹروجن فکسنگ سائانوبیکٹیریا میں کم از کم ایک ہائیڈروجنز بھی شامل ہوتا ہے۔ اپٹیک ہائیڈروجنس آکسیجن آکسیکرن کی طرف ایک اتپریرک تعصب کا مظاہرہ کرتے ہیں، اس طرح پیدا شدہ H2 کو نائٹروجن فکسشن کے عمل کے دوران سرمایہ کاری کی گئی توانائی کے حصے کو بازیافت کرنے کے طریقے کے طور پر جذب کر سکتے ہیں۔ 1933 میں، مارجوری اسٹیفنسن اور ان کے طالب علم اسٹک لینڈ نے اطلاع دی کہ خلیوں کی معطلی نے H2 کے ساتھ میتھلین بلیو کی کمی کو متحرک کیا۔ چھ سال بعد، ہنس گیفرون نے مشاہدہ کیا کہ سبز فوٹو سنتھیٹک الگا کلیمیڈوموناس رینہارڈی، بعض اوقات ہائیڈروجن پیدا کرتا ہے۔ 1990 کی دہائی کے آخر میں اناستاسیوس میلیس نے دریافت کیا کہ سلفر کی کمی الگا کو آکسیجن (عام فوٹو سنتھیسز) کی پیداوار سے ہائیڈروجن کی پیداوار میں تبدیل ہونے پر آمادہ کرتی ہے۔ انہوں نے پایا کہ اس تعامل کے لیے ذمہ دار انزائم ہائیڈروجنز ہے، لیکن یہ کہ ہائیڈروجنز آکسیجن کی موجودگی میں یہ فنکشن کھو دیتا ہے۔ میلیس نے یہ بھی دریافت کیا کہ طحالب کے لیے دستیاب سلفر کی مقدار کو کم کرنے سے ان کے اندرونی آکسیجن کے بہاؤ میں خلل پڑتا ہے، جس سے ہائیڈروجنز کو ایک ایسا ماحول ملتا ہے جس میں وہ رد عمل ظاہر کر سکتا ہے، جس کی وجہ سے طحالب ہائیڈروجن پیدا کرتا ہے۔ کلیمیڈوموناس مویوسی بھی ہائیڈروجن کی پیداوار کے لیے ایک امید افزا تناؤ ہے۔ صنعتی ہائیڈروجن بائیو ہائیڈروجن کے لیے مقابلہ کرنا، کم از کم تجارتی استعمال کے لیے، بہت سے پختہ صنعتی عمل ہیں۔ قدرتی گیس کی بھاپ اصلاحات-جسے بعض اوقات بھاپ میتھین اصلاحات (ایس ایم آر) کہا جاتا ہے-دنیا کی پیداوار کے تقریبا 95 فیصد پر بلک ہائیڈروجن تیار کرنے کا سب سے عام طریقہ ہے۔ CH4 + H2O <-> CO + 3H2 بھی دیکھیں الگا کلچر ہائیڈروجن کی پیداوار ہائیڈروجنز فوٹو ہائیڈروجن ٹائم لائن ہائیڈروجن ٹیکنالوجیز کے حوالہ جات بیرونی لنکس ڈی او ای-ہائیڈروجن کی حیاتیاتی پیداوار کے لیے ایک پراسپیکٹس ایف اے او مائیکرو الگل ثقافتوں میں روشنی کے استعمال کی کارکردگی اور ہائیڈروجن کی پیداوار کو زیادہ سے زیادہ کرنا DIY الگی/ہائیڈروجن بائیو ری ایکٹر 2004 EERE-سائیکلک فوٹو بائیولوجیکل ایلگل H2-پروڈکشن اینیروبک ہاضمہ بائیوڈیگریڈیبل فضلہ کا انتظام حیاتیاتی ایندھن بائیوٹیکنالوجی مصنوعات ایندھن گیس ایندھن ہائیڈروجن بائیولوجی ہائیڈروجن معیشت ہائیڈروجن کی پیداوار فضلہ کا انتظام