ജൈവഹൈഡ്രജൻ

ജൈവശാസ്ത്രപരമായി ഉൽപാദിപ്പിക്കപ്പെടുന്ന ഹൈഡ്രജൻ ആണ്.   ജൈവഹൈഡ്രജൻ. ഹൈഡ്രജൻ ഉത്പാദനത്തിനുള്ള ഒരു ജിവപ്രക്രിയയാണിത്. ഹൈഡ്രജൻ ഒരു ശുദ്ധമായ ഇന്ധനമാണ് എന്നതുകൊണ്ട് സമൂഹത്തിനു ഈ സാങ്കേതികവിദ്യയിൽ താൽപര്യം കൂടുതലാണ്. കൂടാതെ ജൈവ മാലിന്യങ്ങൾ ഉൾപ്പെടെ ചിലതരം ജൈവനിക്ഷേപങ്ങളിൽ നിന്ന് ഈ പ്രക്രിയവഴി എളുപ്പത്തിലും ചിലവു കുറച്ചും ഹൈഡ്രജൻ ഉൽപാദിപ്പിക്കാൻ കഴിയും.Y.-H. Percival Zhang "Hydrogen Production from Carbohydrates: A Mini-Review" in "Sustainable Production of Fuels, Chemicals, and Fibers from Forest Biomass" ACS Symposium Series, 2011, Volume 1067, pages=203-216. അതുകൊണ്ട് തന്നെ ഈ ഉത്പാദനം സ്വാഭാവികമാകുന്നു. കൂടാതെ ചില പ്രകാശസംശ്ലേഷണശേഷിയുള്ള  സൂക്ഷ്മാണുക്കൾക്ക് പ്രകാശത്തെ ഊർജ്ജ സ്രോതസ്സായി ഉപയോഗിച്ച് ജല വിഭജനത്തിൽ നിന്ന് നേരിട്ട് H2 ഉത്പാദിപ്പിക്കാൻ കഴിയും.

ജൈവ ഹൈഡ്രജൻ ഉൽപാദനത്തിന്റെ  സാധ്യതകൾക്ക് ഒപ്പം, നിരവധി വെല്ലുവിളികളും ഈ സാങ്കേതികവിദ്യയുടെ സവിശേഷതയാണ്. ഹൈഡ്രജൻ പോലെ ഉള്ള ഒരു സ്ഫോടനാത്മകമായ ഘനീഭവിക്കാത്ത വാതകത്തിന്റെ സംഭരണവും ഗതാഗതവും  ആദ്യ വെല്ലുവിളികളിൽ ഉൾപ്പെടുന്നു. ഈ സൂക്ഷ്മജീവികളെ വളർത്താനാവശ്യമായ വലിയ സ്ഥലം മറ്റൊരു വെല്ലുവിളിയാണ്.  കൂടാതെ, ഹൈഡ്രജൻ ഉൽപ്പാദിപ്പിക്കുന്ന ജീവികൾക്ക് O<sub id="mwHw"><sub id="mwIA">2</sub></sub> വിഷം ആകുകയും H2 ന്റെ വിളവ് പലപ്പോഴും കുറവായിരിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു.

 ജൈവ രാസ തത്ത്വങ്ങൾ 
ഹൈഡ്രജൻ രൂപീകരണത്തിന് കാരണമാകുന്ന പ്രധാന പ്രതികരണങ്ങളിൽ ഇലക്ട്രോണുകൾ ലഭിക്കുന്നതിന് സബ്സ്ട്രേറ്റുകളുടെ ഓക്സീകരണം ഉൾപ്പെടുന്നു. തുടർന്ന്, ഈ ഇലക്ട്രോണുകൾ സ്വതന്ത്ര പ്രോട്ടോണുകളിലേക്ക് മാറ്റുകയും തന്മാത്രാ ഹൈഡ്രജൻ രൂപപ്പെടുകയും ചെയ്യുന്നു. ഈ പ്രോട്ടോൺ റിഡക്ഷൻ പ്രതികരണം സാധാരണയായി ഹൈഡ്രോജനേസുകൾ എന്നറിയപ്പെടുന്ന ഒരു എൻസൈം കുടുംബമാണ് നടത്തുന്നത്.

ഹെറ്ററോട്രോഫിക് ജീവികളിൽ, പഞ്ചസാരയുടെ പുളിപ്പിക്കൽ സമയത്ത് ഇലക്ട്രോണുകൾ ഉത്പാദിപ്പിക്കപ്പെടുന്നു. NADH-ൽ നിന്ന് NAD + പുനരുജ്ജീവിപ്പിക്കുന്നതിനുള്ള ഒരു മാർഗമായി പലതരം പുളിപ്പിക്കലുകളിലൂടെ ഹൈഡ്രജൻ വാതകം ഉത്പാദിപ്പിക്കപ്പെടുന്നു. ഇലക്ട്രോണുകൾ ഫെറെഡോക്സിനിലേക്ക് മാറ്റപ്പെടുന്നു, അല്ലെങ്കിൽ NADH-ൽ നിന്ന് ഒരു ഹൈഡ്രജനേസ് വഴി നേരിട്ട് സ്വീകരിച്ച് H2 ഉത്പാദിപ്പിക്കാൻ കഴിയും. ഇക്കാരണത്താൽ മിക്ക പ്രതികരണങ്ങളും ആരംഭിക്കുന്നത് ഗ്ലൂക്കോസിൽ നിന്നാണ്, ഇത് അസറ്റിക് ആസിഡായി പരിവർത്തനം ചെയ്യപ്പെടുന്നു.

 C6H12O6 + 2 H2O ->  2 CH3COOH  +  2 CO2  +  4 H2

ബന്ധപ്പെട്ട ഒരു പ്രതികരണം കാർബൺ ഡൈ ഓക്സൈഡിന് പകരം ഫോർമേറ്റ് നൽകുന്നുഃ

 C6H12O6 + 2 H2O ->  2 CH3COOH  +  2 HCOOH  +  2 H2

ഈ പ്രതിപ്രവർത്തനങ്ങൾ യഥാക്രമം 216 ഉം 209 കിലോ കലോറി/മോളും ഊർജ്ജോത്പാദകം ആണ്.

99 ശതമാനം ജീവികളും ഡൈഹൈഡ്രജൻ (H2) ഉപയോഗിക്കുകയോ ഉൽപ്പാദിപ്പിക്കുകയോ ചെയ്യുന്നുവെന്ന് കണക്കാക്കപ്പെടുന്നു. ഈ സ്പീഷീസുകളിൽ ഭൂരിഭാഗവും സൂക്ഷ്മാണുക്കളാണ്, കൂടാതെ ഹൈഡ്രോജനേസുകൾ എന്നറിയപ്പെടുന്ന H2 മെറ്റലോഎൻസൈമുകളുടെ പ്രകടനത്തിൽ നിന്നാണ് H2 മെറ്റ്ബോളിറ്റായി ഉപയോഗിക്കുന്നതിനോ ഉൽപാദിപ്പിക്കുന്നതിനോ ഉള്ള കഴിവ് ഉണ്ടാകുന്നത്. ഈ വൈവിധ്യമാർന്ന കുടുംബത്തിനുള്ളിലെ എൻസൈമുകളെ സജീവ സൈറ്റ് ലോഹ ഉള്ളടക്കത്തെ അടിസ്ഥാനമാക്കി സാധാരണയായി [FeFe]-ഹൈഡ്രോജനേസുകൾ (ഇരുമ്പ്-ഇരുമ്പ് [NiFe]) -ഹൈഡ്രജനേസുകൾ (നിക്കൽ-ഇരുമ്പ് ഹൈഡ്രോജനേസ്, [Fe]-ഹൈട്രോജനേസുകൾ.  എന്ന്മൂ ന്ന് വ്യത്യസ്ത തരങ്ങളായി തരംതിരിക്കുന്നു. പല ജീവികളും ഈ എൻസൈമുകൾ ഉത്പാദിപ്പിക്കുന്നു. ക്ലോസ്ട്രിഡിയം, ഡെസൾഫോവിബ്രിയോ, റാൽസ്റ്റോണിയ അല്ലെങ്കിൽ രോഗകാരിയായ ഹെലികോബാക്ടർ എന്നീ ജനുസ്സുകളിലെ അംഗങ്ങളാണ് ശ്രദ്ധേയമായ ഉദാഹരണങ്ങൾ, അവയിൽ ഭൂരിഭാഗവും കർശനമായ-അനൈറോബുകൾ അല്ലെങ്കിൽ ഫാക്കൾട്ടേറ്റീവ് സൂക്ഷ്മാണുക്കൾ ആണ്. ക്ലമൈഡോമോനാസ് ജനുസ്സിലെ അംഗങ്ങളുടെ കാര്യത്തിലെന്നപോലെ, പച്ച ആൽഗകൾ പോലുള്ള മറ്റ് സൂക്ഷ്മാണുക്കളും വളരെ സജീവമായ ഹൈഡ്രജനേസുകൾ ആയി പ്രവർത്തിക്കുന്നു.
നടുവിൽ|ലഘുചിത്രം|622x622ബിന്ദു|മൂന്ന് തരം ഹൈഡ്രജനേസ് എൻസൈമുകളുടെ സജീവമായ സൈറ്റ് ഘടനകൾ.
ഹൈഡ്രജനേസ് എൻസൈമുകളുടെ അങ്ങേയറ്റത്തെ വൈവിധ്യം കാരണം, മെച്ചപ്പെട്ട സവിശേഷതകളുള്ള പുതിയ എൻസൈമുകൾക്കായി സ്ക്രീനിംഗ് ചെയ്യുന്നതിലും എഞ്ചിനീയറിംഗിലും ശ്രദ്ധ കേന്ദ്രീകരിക്കുന്നു, കൂടാതെ ഇതിനകം തന്നെ ഹൈഡ്രജനേസുകൾക്ക് കൂടുതൽ അഭികാമ്യമായ സ്വഭാവസവിശേഷതകൾ നൽകുന്നു.

 ആൽഗകളുടെ ഉത്പാദനം 
ആൽഗ ജൈവ ഹൈഡ്രജൻ ഉൽപ്പാദനം ഫോട്ടോ ബയോളജിക്കൽ ജല വിഭജനത്തിന്റെ ഒരു രീതിയാണ്, ഇത് ആൽഗ സൌരോർജ്ജ ഇന്ധനമായി ഹൈഡ്രജന്റെ ഉൽപാദനത്തെ അടിസ്ഥാനമാക്കി ഒരു അടച്ച ഫോട്ടോബയോറിയാക്ടറിൽ ചെയ്യുന്നു.2013 - Gimpel JA, et al Advances in microalgae engineering and synthetic biology applications for biofuel production ആൽഗ ചില സാഹചര്യങ്ങളിൽ ഹൈഡ്രജൻ ഉത്പാദിപ്പിക്കുന്നു. 2000 ൽ സി. റീൻഹാർഡി ആൽഗകൾക്ക് സൾഫർ നഷ്ടപ്പെട്ടാൽ അവ സാധാരണ പ്രകാശസംശ്ലേഷണത്തിലെന്നപോലെ ഓക്സിജന്റെ ഉൽപാദനത്തിൽ നിന്ന് ഹൈഡ്രജന്റെ ഉൽപ്പാദനത്തിലേക്ക് മാറുമെന്ന് കണ്ടെത്തി.Wired-Mutant Algae Is Hydrogen Factory  

ഗ്രീൻ ആൽഗ എക്സ്പ്രസ് [FeFe] ഹൈഡ്രജനേസുകൾ, അവയിൽ ചിലത് 104 s−1 നേക്കാൾ ഉയർന്ന വിറ്റുവരവ് നിരക്കുള്ള ഏറ്റവും കാര്യക്ഷമമായ ഹൈഡ്രജനേസുകളായി കണക്കാക്കപ്പെടുന്നു. എന്നിരുന്നാലും, ഈ ശ്രദ്ധേയമായ കാറ്റലറ്റിക് കാര്യക്ഷമത ഓക്സിജനോടുള്ള അങ്ങേയറ്റത്തെ സംവേദനക്ഷമതയാൽ നിഴലിക്കപ്പെടുന്നു, ഇത് O2 വഴിതിരുത്താനാവാത്ത വിധം നിർജ്ജീവമാക്കുന്നു. കോശങ്ങൾക്ക് സൾഫർ നഷ്ടപ്പെടുമ്പോൾ, ഫോട്ടോ സിസ്റ്റം II ന്റെ ഫോട്ടോ-കേടുപാടുകൾ കാരണം ഓക്സിജൻ പരിണാമം നിൽക്കുന്നു, ഈ അവസ്ഥയിൽ കോശങ്ങൾ O2 ഉപഭോഗം ചെയ്യാൻ തുടങ്ങുകയും H2 ഉൽപാദനത്തെ ഉത്തേജിപ്പിക്കുന്നതിന് നേറ്റീവ് [FeFe] ഹൈഡ്രജനേസുകൾക്ക് അനുയോജ്യമായ വായുരഹിത അന്തരീക്ഷം നൽകുകയും ചെയ്യുന്നു.

സയനോബാക്ടീരിയയിലെയും പച്ച ആൽഗയിലെയും പ്രകാശസംശ്ലേഷണം ജലത്തെ ഹൈഡ്രജൻ അയോണുകളായും ഇലക്ട്രോണുകളായും വിഭജിക്കുന്നു. ഇലക്ട്രോണുകൾ ഫെറെഡോക്സിനുകൾ മുകളിലൂടെ കൊണ്ടുപോകുന്നു . Fe-Fe-ഹൈഡ്രോജനേസുകൾ (എൻസൈമുകൾ) അവയെ ഹൈഡ്രജൻ വാതകമായി സംയോജിപ്പിക്കുന്നു. ക്ലമൈഡോമോനാസിൽ (Chlamydomonas), ഫോട്ടോ സിസ്റ്റം II സൂര്യപ്രകാശത്തിന്റെ നേരിട്ടുള്ള പരിവർത്തനത്തിൽ ഉൽപാദിപ്പിക്കുന്നു, ഹൈഡ്രജൻ വാതകത്തിൽ അവസാനിക്കുന്ന ഇലക്ട്രോണുകളുടെ 80%.

2 ൽ ശാസ്ത്രജ്ഞർ വായുവിലെ പകൽ വെളിച്ചത്തിൽ പ്രകാശസംശ്ലേഷണം വഴി ഓക്സിജൻ അല്ലെങ്കിൽ CO2 എന്നിവയ്ക്കൊപ്പം ഹൈഡ്രജൻ ഉത്പാദിപ്പിക്കാൻ കഴിവുള്ള മൾട്ടിസെല്ലുലാർ സ്ഫിറോയിഡ് മൈക്രോബയൽ റിയാക്ടറുകൾക്കായി ആൽഗൽ സെൽ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള മൈക്രോ എമൽഷൻ വികസിപ്പിച്ചതായി റിപ്പോർട്ട് ചെയ്തു. മൈക്രോഷീൽ ബാക്ടീരിയകളെ സമന്വയിപ്പിക്കുന്ന ബാക്ടീരിയകൾ ഉപയോഗിച്ച് മൈക്രോ റിയാക്ടറുകൾ അടയ്ക്കുന്നത് O2 സാന്ദ്രത കുറയ്ക്കുന്നതിലൂടെ ഹൈഡ്രജൻ ഉൽപാദനത്തിന്റെ അളവ് വർദ്ധിപ്പിക്കുമെന്ന് തെളിയിക്കപ്പെട്ടു.

 രൂപമാറ്റം വരുത്തികൊണ്ട് ഉൽപ്പാദനം മെച്ചപ്പെടുത്തുക 
ഫോട്ടോബയോളജിക്കൽ സൌരോർജ്ജ പരിവർത്തന കാര്യക്ഷമതയും എച്ച് 2 ഉൽപാദനവും വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നതിന് ഹരിത ആൽഗകളിലെ ഹരിതക  ആന്റിനയുടെ വലുപ്പം കുറയ്ക്കുകയോ വെട്ടിച്ചുരുക്കുകയോ ചെയ്യുന്നു. ലൈറ്റ്-ഹാർവെസ്റ്റിംഗ് കോംപ്ലക്സ് ഫോട്ടോസിസ്റ്റം II ലൈറ്റ്-ഹോർവെസ്റ്റിങ് പ്രോട്ടീൻ LHCBM9 കാര്യക്ഷമമായ ലൈറ്റ് എനർജി ഡിസിപേഷൻ പ്രോത്സാഹിപ്പിക്കുന്നുവെന്ന് തെളിയിക്കപ്പെട്ടിട്ടുണ്ട്.ഹരിതക ആന്റിന വലുപ്പംവെട്ടിച്ചുരുക്കിയാൽ വ്യക്തിഗത കോശങ്ങൾ സൂര്യപ്രകാശം ആഗിരണം ചെയ്യുന്നതും പാഴാക്കുന്നതും കുറയ്ക്കുന്നു.  ഇത് മികച്ച പ്രകാശ ഉപയോഗ കാര്യക്ഷമതയ്ക്കും ബയോറിയാക്ടറുകളിൽ ഗ്രീൻ ആൽഗകൾ ഒരു മാസ് കൾച്ചറായി വളരുമ്പോൾ കൂടുതൽ ഫോട്ടോസിന്തറ്റിക് കാര്യക്ഷമതയ്ക്കും കാരണമാകുന്നു.

 സാമ്പത്തികശാസ്ത്രം 
ആൽഗകളെ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള ബയോഹൈഡ്രജനെക്കുറിച്ചുള്ള നിലവിലെ റിപ്പോർട്ടുകൾ അനുസരിച്ച്, യുഎസിൽ മാത്രം ഗ്യാസോലിൻ നൽകുന്ന ഊർജ്ജത്തിന് തുല്യമായ ബയോഹൈഡ്രജൻ ഉത്പാദിപ്പിക്കാൻ ഏകദേശം 25,000 ചതുരശ്ര കിലോമീറ്റർ ആൽഗൽ കൃഷി വേണ്ടിവരും. അമേരിക്കയിൽ സോയ വളർത്തുന്നതിനായി നീക്കിവച്ചിരിക്കുന്ന പ്രദേശത്തിന്റെ ഏകദേശം 10% ഈ പ്രദേശത്താണ്.Growing hydrogen for the cars of tomorrow

 ചരിത്രം 
1933-ൽ, മാർജറി സ്റ്റീഫൻസണും അവരുടെ വിദ്യാർത്ഥിനി സ്റ്റിക്ക്ലാൻഡും സെൽ സസ്പെൻഷനുകൾ H2 ഉപയോഗിച്ച് മീഥിലീൻ നീലയുടെ കുറവിന് കാരണമായി എന്ന് റിപ്പോർട്ട് ചെയ്തു. ആറ് വർഷത്തിന് ശേഷം, പച്ച ഫോട്ടോസിന്തറ്റിക് ആൽഗ ക്ലമൈഡോമോനാസ് റീൻഹാർഡി ചിലപ്പോൾ ഹൈഡ്രജൻ ഉൽപാദിപ്പിക്കുമെന്ന് ഹാൻസ് ഗാഫ്രോൺ നിരീക്ഷിച്ചു.Algae: Power Plant of the Future? സൾഫറിന്റെ അഭാവം ഓക്സിജന്റെ ഉൽപാദനത്തിൽ നിന്ന് ഹൈഡ്രജന്റെ ഉൽപ്പാദനത്തിലേക്ക് മാറാൻ ആൽഗയെ പ്രേരിപ്പിക്കുന്നുവെന്ന് 1990 കളുടെ അവസാനത്തിൽ അനസ്താസിയോസ് മെലിസ് കണ്ടെത്തി. ഈ പ്രതികരണത്തിന് കാരണമാകുന്ന എൻസൈം ഹൈഡ്രജനേസ് ആണെന്നും എന്നാൽ ഓക്സിജന്റെ സാന്നിധ്യത്തിൽ ഹൈഡ്രജനേസിന് ഈ പ്രവർത്തനം നഷ്ടപ്പെട്ടുവെന്നും അദ്ദേഹം കണ്ടെത്തി. ആൽഗകൾക്ക് ലഭ്യമായ സൾഫറിന്റെ അളവ് കുറയുന്നത് അവയുടെ ആന്തരിക ഓക്സിജൻ ഒഴുക്കിനെ തടസ്സപ്പെടുത്തുകയും ഹൈഡ്രജനേസിന് പ്രതികരിക്കാൻ കഴിയുന്ന ഒരു അന്തരീക്ഷം അനുവദിക്കുകയും ആൽഗകളെ ഹൈഡ്രജൻ ഉത്പാദിപ്പിക്കാൻ കാരണമാകുകയും ചെയ്യുന്നുവെന്നും മെലിസ് കണ്ടെത്തി. ക്ലമൈഡോമോനാസ് മോവുസി ഹൈഡ്രജൻ ഉൽപ്പാദിപ്പിക്കുന്നതിനുള്ള ഒരു നല്ല ഇനം കൂടിയാണ് 

 വ്യാവസായിക ഹൈഡ്രജൻ 
ബയോഹൈഡ്രജനുവേണ്ടി മത്സരിക്കുന്നത്, കുറഞ്ഞത് വാണിജ്യപരമായ പ്രയോഗങ്ങൾക്ക്, പക്വതയുള്ള നിരവധി വ്യാവസായിക പ്രക്രിയകളാണ്. പ്രകൃതിവാതകത്തിന്റെ നീരാവി പരിഷ്ക്കരണം-ചിലപ്പോൾ സ്റ്റീം മീഥെയ്ൻ റിഫോർമിംഗ് (എസ്എംആർഎൽ) എന്ന് വിളിക്കുന്നു-ലോക ഉൽപാദനത്തിന്റെ 95% ബൾക്ക് ഹൈഡ്രജൻ ഉൽപാദിപ്പിക്കുന്നതിനുള്ള ഏറ്റവും സാധാരണമായ രീതിയാണ്.P. Häussinger, R. Lohmüller, A. M. Watson, "Hydrogen, 2. Production" in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 2012, Wiley-VCH, Weinheim. 

 ഇതും കാണുക 



 - 
 - പ്രകാശം വഴി ഹൈഡ്രജൻ ഉത്പാദനം


 അവലംബം 

 പുറംകണ്ണികൾ 

 പുഡി. ഒ. ഇ.-ഹൈഡ്രജന്റെ ജൈവ ഉൽപാദനത്തിനുള്ള ഒരു പ്രോസ്പെക്ടസ്
 എഫ്. എ. ഒ
 പരമാവധി പ്രകാശ ഉപയോഗവും സൂക്ഷ്മഗർഭ സംസ്ക്കാരങ്ങളിലെ ഹൈഡ്രജൻ ഉൽപാദനവും Archived  at the Wayback Machine
 ഡിഐവൈ ആൽഗ/ഹൈഡ്രജൻ ബയോറിയാക്ടർ 2004
 EERE-Cyclic PHOTOBIOLOGICAL ALGAL H2-Production EERE സൈക്ലിക് ഫോട്ടോബയോളജിക്കൽ ആൽഗൽ H2-ഉൽപ്പാദനം

വർഗ്ഗം:മാലിന്യസംസ്കരണം
വർഗ്ഗം:ഹൈഡ്രജൻ
വർഗ്ഗം:ഇന്ധനങ്ങൾ
വർഗ്ഗം:വാതക ഇന്ധനങ്ങൾ
വർഗ്ഗം:Pages with unreviewed translations