УСТАНОВКА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ МОЛЕКУЛЯРНОГО ВОДОРОДА

Полезная модель относится к области электрохимии и может быть использована для получения молекулярного водорода электролизом воды за счет энергии солнечного света без внешнего источника электрического тока.
Из уровня техники известна установка для получения молекулярного водорода, содержащая заполненную водой электрохимическую ячейку из прозрачного материала, в которой размещены два электрода (RU 2129169 С1, С 25 В 1/04, 1999).
Недостатком данного решения является необходимость использования лазера и наличие внешнего источника электрического тока для электролиза воды.
Полезная модель направлена на создание технологически простого, экологически чистого и безопасного устройства для получения водорода с использованием энергии солнечного света без внешнего источника электрического тока.
Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что в установке для получения молекулярного водорода, содержащей заполненную водой электрохимическую ячейку из прозрачного материала, в которой размещены два электрода, согласно полезной модели, один из электродов выполнен в виде пористой проницаемой для водорода токопроводящей подложки, покрытой пленкой ориентированных в одну сторону пурпурных мембран, содержащих молекулы бактериородопсина, которые осуществляют направленный перенос иона водорода - протона, соединен с другим электродом внешним проводником и непрерывно освещается солнечным светом.
Возможность получения молекулярного водорода в данной установке путем заявленного «биоэлектролиза» воды без внешнего источника электрического тока обусловлена основным свойством бактериородопсина - светочувствительного белка галобактерий Halobacterium salenarium, в клеточные мембраны, называемые пурпурными мембранами, которых он встроен, осуществлять направленный перенос протона-иона водорода изнутри наружу на эндоплазматическую сторону пурпурной мембраны в процессе естественного фотоцикла под действием энергии солнечного света.
На чертеже схематично представлен общий вид установки для получения молекулярного водорода электролизом воды,
Установка для получения молекулярного водорода содержит электрохимическую ячейку 1 из прозрачного материала, например стекла, заполненную водой 2, в которую погружены электрод 3, выполненный в виде пористой проницаемой для водорода токопроводящей подложки (например, в виде пористой платиновой пластины или стеклянной подложки с нанесенным на нее слоем оксида олова, легированного оксидом индия), покрытой пленкой 4 ориентированных в одну сторону пурпурных мембран, содержащих молекулы бактериородопсина, и электрод 5, выполненный в виде платиновой или никелевой пластины, при этом электроды 3 и 5 соединены между собой внешним проводником 6. Ориентацию пурпурных мембран и, соответственно, молекул бактериородопсина, которые упорядоченно относительно друг друга расположены в двухмерной кристаллической структуре последних, в одну сторону, а именно, эндоплазматической стороной к поверхности токопроводящей подложки электрода 3, можно осуществить,
например, путем электрофоретического осаждения. Для получения пленки ориентированных пурпурных мембран используют водную суспензию бактериородопсина штамма D 96 N с концентрацией 3 мг/мл.
Установка для получения молекулярного водорода путем разложения воды работает следующим образом.
При освещении солнечным светом осажденной на пористой токопроводящей подложки электрода 3 пленки 4 ориентированных пурпурных мембран и, соответственно, молекул бактериородопсина, в процессе естественного фотоцикла под действием энергии света в полосе поглощения основного состояния полушириной 130 нм с максимумом вблизи 570 нм фотохромный белок бактериородопсина начинает осуществлять направленный перенос ионов водорода -протонов изнутри наружу на эндоплазматическую сторону пурпурной мембраны, в результате чего происходит скапливание ионов на электроде 3 и между погруженными в воду 2 электродами 3 и 5 возникает разность потенциалов. При замыкании проводником 6 электродов 3 и 5 между ними в воде 2 протекает электрический ток и происходят процессы электрохимического восстановления-окисления с выделением на пористой токопроводящей подложке электрода 3 водорода и, соответственно, кислорода на электроде 5.
Таким образом, заявленное решение обеспечивает получение водорода электролизом воды за счет солнечной энергии без внешнего источника электрического тока, при этом бактериородопсина - экологически чистый материал, не требующий обслуживания и замены в процессе работы, что обусловливает простоту и надежность установки.