Platine Rakip Olan Enzimlerle Elektrik Üretimi
Bir yakıt hücresi kimyasal enerjiyi hidrojenin yanması yoluyla elektrik enerjisine dönüştürür. Sera gazlarını yaymadığı için temiz bir teknoloji olduğu düşünülse de yakıt hücreleri, hidrojeni oksitlemek ve oksijeni azaltmak için platin gibi pahalı ve nadir bulunan metal katalizörleri kullanırlar.
Son yıllarda, dikkat çekici özelliklere sahip enzimler olan biyokatalizörlerin tanımlanması, bu alandaki araştırmaları yeniden canlandırdı: oksijen ve özellikle hidrojen, dönüşüm etkinliği platininkiyle karşılaştırılabilir. Hidrojenaz aktivitesi, son zamanlara kadar oksijen tarafından engellendi ve bu nedenle hücreler içindeki kullanımı uygun bulunmadı.
Bioenergetique Laboratories and Proteines Laboratuvarı (CNRS / Aix-Marseille Universite) araştırmacıları birkaç yıldır yeni nesil biyoseller geliştiriyorlar. Kimyasal katalizörü (platin) bakteriyel enzimlerle değiştirdiler: anot2’de, hidrojenaz (hidrojeni birçok mikroorganizmaya dönüştürmek için anahtar) ve katot3’te bilirubin oksidaz.
Araştırmacılar, oksijen varlığında aktif olan ve karbon monoksit gibi bazı platin inhibitörlerine dirençli bir hidrojenaz belirlediler. Centre de Recherche Paul Pascal (CNRS / Universite de Bordeaux) ile işbirliği içinde, 25 °C ila 80 °C arasındaki sıcaklıklara dayanabilecek enzimleri tanımlamak için biyolojik çeşitliliği araştırdılar.
Bu biyoprosesleri laboratuvardan endüstriyel gelişime kaydırmak için iki büyük engelin üstesinden gelmek zorundaydılar. 2014’te ilk prototipler, hem ürettiği düşük güç hem de düşük enzim kararlılığı nedeniyle sınırlıydı. Bu yüzden, bir ölçek değişikliğine ihtiyaç duyuldu, ancak enzimlerin aktivitesini korumak ve onları herhangi bir inhibitörden korumak zorunda kaldılar.
Üçüncü önemli bir sorun, maliyetleri azaltmanın nasıl olacağı idi, bu nedenle diğer şeylerin yanında, kullanılan enzim miktarını en aza indirmek zorunda kaldılar. Bu konuların hepsi, biyoelektrokatalizasyonu sınırlayan faktörlere ışık tutmayı amaçlayan temel ve çok disiplinli bir çalışma gerektiriyordu.
İki kararlı enzimin karbon temelli bir mimaride aşamalı olarak dahil edilmesiyle araştırmacılar bu üç sorunu da çözdü. Gözenekliliği uygun ayarlanmış bir karbon keçesi, enzimlerin konakçısı yapısındadır ve enzim aktivitesini etkileyen oksijen azaltıldığında üretilen kimyasal türlere karşı koruma sağlar. Böylece hücre, birkaç gün boyunca performans kaybı olmadan çalışabilmektedir.
Bu kontrollü mimari ve enzimlerin kendine özgü özelliklerini kullanan araştırmacılar, biyokatalizör tarafından sağlanan akımların platindeki gibi hedeflenen sonuçlara çok benzediğini göstererek, akımda etkili olan enzimlerin oranını belirlemeyi ilk kez başardılar.
Ayrıca hücrenin optimal geometrisini belirlemek için sayısal bir model geliştirmişlerdir. Dolayısıyla, bu biyoseller klasik yakıt hücrelerine bir alternatif olarak görülebilir: Biyokütle, doğası gereği yenilenebilir yakıt (hidrojen) ve katalizörü (enzimler) sağlamak için kullanılabilir.
Kaynak: spacedaily.com
