Топливный элемент преобразовывает химическую энергию в электроэнергию через водородное сгорание. Хотя это считается чистой технологией – потому что это не выделяет парниковых газов – топливные элементы действительно используют дорогостоящий редкий металл catalysts1, такой как платина, чтобы окислить водород и уменьшить кислород. В последние годы идентификация биокатализаторов, ферментов с замечательными свойствами, оживила исследование в этой области: их кислород, и особенно водород, деятельность преобразования сопоставима с той из платины.
Деятельность Hydrogenase была, до недавнего времени, запрещена кислородом и поэтому несовместимая с использованием в клетках.В течение нескольких лет исследователи в Laboratoire Bioenergetique et Ingenierie des Proteines (CNRS/Aix-Marseille Universite) развивали новое поколение биоклеток. Они заменили химический катализатор (платина) бактериальными ферментами: в anode2, hydrogenase (ключ для преобразования водорода во многие микроорганизмы), и в cathode3, оксидазе билирубина.
Они теперь определили hydrogenase, который является активным в присутствии кислорода и стойким к некоторым платиновым ингибиторам как угарный газ. В сотрудничестве с Центром де Решерш Поль Паскаль (CNRS/Universite de Bordeaux) они также исследовали биоразнообразие, чтобы определить стабильные теплом ферменты, которые могут противостоять температурам между 25°C и 80°C.Чтобы переместить эти биопроцессы от лаборатории до промышленного развития, два главных препятствия должны были быть преодолены. В 2014 их первый прототип был ограничен и малой энергией, которую он произвел и отсутствием стабильности фермента.
Таким образом, они нуждались в изменении масштаба, все же должны были сохранить деятельность ферментов и защитить их от любых ингибиторов. Третья основная проблема состояла в том, как уменьшить затраты, так среди прочего, они должны были минимизировать количество используемого фермента. Все эти проблемы потребовали, чтобы фундаментальное и мультидисциплинарное исследование намеревалось пролить свет на факторы тот предел bioelectrocatalysis.Прогрессивно включая два стабильных теплом фермента в основанную на углероде архитектуру, исследователи решили эти три проблемы.
Углерод, который чувствуют с соответственно адаптированной пористостью, является структурой хозяина для ферментов, и также служит защитой от химических разновидностей, произведенных, когда кислород уменьшен, которые изменяют деятельность фермента. Таким образом, клетка может функционировать без потери работы в течение нескольких дней.Используя эту архитектуру, которой управляют, и внутренние свойства ферментов, исследователям удалось впервые определить количество пропорции ферментов, участвующих эффективно в токе, демонстрируя, что ток, поставленный биокатализатором, очень похож, чтобы предназначаться для результатов для платины.
Они также разработали числовую модель, чтобы определить оптимальную геометрию клетки. Таким образом, эти биоклетки, кажется, альтернатива классическим топливным элементам: биомасса может использоваться, чтобы обеспечить и топливо (водород) и катализатор (ферменты), которые являются по своей природе, возобновляемы.1. Катализатор может активировать или ускорить химические реакции.2. Электрод, где реакция окисления происходит.
Это – отрицательный полюс в гальваническом элементе.3. Электрод, где реакция сокращения происходит.
Это – положительный полюс в гальваническом элементе.