способ получения молекулярного водорода из сине-зеленых водорослей

Формула изобретения

Способ получения молекулярного водорода из синезеленых водорослей, включающий иммобилизацию сине-зеленых водорослей на полых волокнах в биореакторе, пропускание через него питательной среды, содержащей воду, минеральные соли и газ, и последующее отделение водорода, отличающийся тем, что пропускание питательной среды ведут при давлении в биореакторе 500 Торр, а отделение водорода проводят при нагревании до температуры не более 90^oС.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к биологическим способам получения молекулярного водорода за счет энергии солнечного света. Способ включает подбор питательной среды, которая индуцирует непрерывное выделение водорода иммобилизованными на полых волокнах синезелеными водорослями в фотобиореакторе.

Известен способ получения водорода в фотобиореакторе [1] из иммобилизованных на гидрофобных полых волокнах синезеленых водорослей после замены воздуха в питательной среде, состоящей из воды, минеральных солей (среда Алена-Арнона [2] и воздуха на атмосферу инертного газа аргона путем продувания. Клетки синезеленых водорослей помещали в атмосферу аргона для того, чтобы удалить молекулярный азот из питательной среды, в атмосфере которого, катализатор фермент нитрогеназа, ответственный за выделение водорода и фиксацию молекулярного азота катализирует только выделение водорода. Водород отделялся от питательной среды /воды/ путем самопроизвольной диффузии.

Недостатком этого способа является то, что цианобактерии не выделяли водород продолжительное время /только 25-30 дней/ и скорость процесса была мала и постепенно снижалась, т.к. в питательной среде отсутствовал молекулярный азот, необходимый для жизнедеятельности клеток цианобактерий. Таким образом, указанный способ не нашел практического применения.

В ходе проведенных патентных исследований по научно-технической и патентной литературе не было обнаружено решений, содержащих отличительные признаки предлагаемого способа получения водорода, что позволяет сделать вывод об их соответствии критериям "Новизна" и "Существенные отличия".

Целью предлагаемого изобретения является увеличение количества и времени выделения водорода из иммобилизованных на полых гидрофильных волокнах синезеленых водорослей в фотобиореакторе, что ставит вопрос о промышленном получении этого газа.

Поставленная цель достигается отсасыванием воздуха из питательной среды, состоящей из воды, минеральных солей (среда Алена-Арнона [2]) и воздуха из фотобиореактора под давлением /500 торр/, т.е. содержание воздуха в питательной среде и соответственно его составных частей молекулярного азота, углекислого газа и кислорода ниже, чем в окружающей среде. Количество выделяемого водорода зависит от давления воздуха в фотобиореакторе, понижение давления ведет к повышению скорости выделения водорода.

В состав типового биореактора, изображенного на чертеже входят следующие составные части: термостатируемая стеклянная колонка с полыми волокнами, соединенными вместе так, что внутреннее пространство волокон имеет общий выход 1, емкость для питательной среды 2, насос для подачи питательной среды 3, термостат 4, соединительные шланги 5.

Из таких частей готовится биореактор необходимой производительности.

Получение водорода в фотобиореакторе осуществляется следующим образом:

Предварительно готовится питательная среда Алена-Арнона [2] 6 из минеральных солей и воды. Питательную среду в биореакторе эвакуируют с помощью вакуумного насоса под давлением 500 торр. Для лучшей эвакуации питательная среда нагревается до 50^oC до эвакуации. В фотобиореактор вносят суспензию синезеленых водорослей 7, которые иммобилизируются на внешней поверхности полых волокон 8. С помощью насоса 3 в фотобиореактор непрерывно перекачивается питательная среда 6. При освещении 9 в условиях сниженного содержания воздуха /молекулярного азота/ в питательной среде синезеленые водоросли выделяют водород. Существенно для фотобиореактора, что присутствие в среде молекулярного азота и углекислого газа позволяет синезеленым водорослям расти и осуществлять свою жизнедеятельность. Непрерывно выделяющийся водород синезелеными водорослями, растворяясь в питательной среде, просачивается со средой во внутреннюю часть полых волокон и далее через шланг 5 в газожидкостный сепаратор 10. В сеператоре под нагреванием до 90^oC водород отделяется от питательной среды.

Выделение водорода в фотобиореакторе в условиях сниженного количества воздуха продолжается непрерывно 5-6 месяцев со скоростью до 2 мл H₂ на мг сухого веса биомассы водорослей в час/приб. 40 кг H₂ на га в час/. Фотобиореактор полностью герметичен, что позволяет вести процесс с альгологически и бактериально чистой культурой.

Продолжительное по времени выделение водорода связано с тем, что необходимый для роста и жизнедеятельности синезеленых водорослей молекулярный азот содержится в уменьшенном количестве в питательной среде.

Существенно, что производство водорода в фотобиореакторах может размещаться на землях, непригодных для традиционного земледелия.