В последние годы человечество столкнулось с дефицитом энергоресурсов. Грядущее истощение запасов нефти и газа побуждает ученых искать новые, желательно возобновляемые источники энергии, к числу которых принадлежат растения.

Знакомя читателей рассылки со сложными превращениями веществ в ходе фотосинтеза, я рисковал утомить их. Однако это необходимо было сделать для того, чтобы стали понятными вопросы, к рассмотрению которых мы приступаем.

Чрезвычайно заманчивые перспективы открывает использование в качестве энергоносителя водорода. В чем его преимущество перед другими источниками энергии, например бензином, каменным углем?

Водород — источник экологически чистой энергии. При его сжигании образуется только вода: 2Н2 + О2 ->- 2Н2О.

Никаких канцерогенов — веществ, вызывающих раковые заболевания, или золы. В то же время по калорийности водород не уступает высококачественному бензину.

К сожалению, на земном шаре запасы свободного водорода практически отсутствуют. Каким же образом можно получить его для технических надобностей?

В настоящее время водород получают в результате электролиза воды. Однако такой путь производства топлива экономически невыгоден. Ведь для электролиза требуется большое количество электрической энергии.

По этой причине в промышленных масштабах водород добывают в основном из при родного газа, себестоимость такого водорода приблизительно в 2,5—3,0 раза ниже, чем полученного в результате электролиза воды. За год в мире добывают его более 30 миллионов тонн.

Однако в связи с истощением запасов природного газа вряд ли целесообразно ориентировать энергетику на водород, производимый этим путем.

В хлоропластах растений, так же как и при электролизе, происходит расщепление молекул воды, но для этого используется солнечная энергия. Образующийся в результате фотолиза воды водород, как мы уже видели впредыдущих выпусках рассылки, присоединяется к НАДФ и используется затем в реакциях фотосинтетического восстановления углекислого газа до сахаров, а именно для превращения фосфоглицериновой кислоты в фосфоглицериновый альдегид.

Для того чтобы хлоропласты начали продуцировать свободный водород, необходимо присутствие особого фермента — гидрогеназы. Около полувека назад было доказано, что некоторые бактерии, осуществляющие синтез органических веществ из неорганических при помощи энергии света (фототрофные бактерии), могут выделять молекулярный водород.

К числу таких микроорганизмов относятся пурпурные бактерии и некоторые цианобактерии (синезеленые водоросли). В связи с тем что процесс выделения газа этими бактериями зависит от света, его назвали фотовыделением водорода. Выяснилось, что названные микроорганизмы как раз и содержат фермент гидрогеназу, добавление которой к суспензии хлоропластов, выделенных из листьев растений, делает их способными на свету продуцировать водород.

Еще в 1961 году в лаборатории известного специалиста в области фотосинтеза Д. Арнона было показано, что хлоропласты шпината, прогретые в течение пяти минут при температуре 50 °С, начинают выделять водород при добавлении некоторых веществ и бактериальной гидрогеназы.

К сожалению, этот процесс лимитируется как ограниченностью срока «службы» хлоропластов, так и инактивированием гидрогеназы кислородом, выделяемым в ходе фотосинтеза. Поэтому ученые задались целью отыскать среди множества микроорганизмов такую форму фермента, которая была бы устойчива к действию внешних факторов.

И такой микроорганизм был найден. Им оказалась пурпурная серобактерия тиокапса. Из нее была выделена гидрогеназа, обладающая значительной стабильностью в присутствии кислорода и при воздействии высоких температур.

В результате использования гидрогеназы из тиокапсы и железосодержащего белка ферредоксина хлоропласты шпината, табака, гороха и кукурузы образовывали водород с постоянной скоростью в течение трех — шести часов.

Этот процесс происходит только на свету, а также при наличии системы, поглощающей кислород. В некоторых случаях для повышения эффективности работы хлоропластов их иммобилизуют (обездвиживают) на студнеобразном веществе — альгинате кальция. Под действием света в такой системе можно получать и водород, и кислород. Однако долговечность ее и достигаемый максимальный выход газов пока недостаточны для производственного использования.

Ученые настойчиво ищут другие пути получения водорода с помощью растений. Не так давно было обнаружено, что некоторые морские и пресноводные водоросли выделяют на свету водород.

В Московском государственном университете им. М. В. Ломоносова разработана система, способная на свету вырабатывать кислород и водород. Она включает в себя микроскопические водоросли и термостойкие цианобактерии, продуцирующие гидрогеназу.

Предположим, что в результате какого-то биотехнологического процесса мы, наконец, получим значительные количества водорода. Каким же образом его можно использовать в двигателях внутреннего сгорания? Ученые предложили связывать этот газ химическим путем с металлами. В отличие от чистого водорода гидриды металлов не взрывоопасны. Кроме того, хранение газа становится надежнее.

Что касается попыток создания двигателей, работающих на водородном топливе, то впервые они предпринимались еще в прошлом веке. В настоящее время в ряде западных стран созданы автомобили, в которых возможно использование смеси бензина с водородом.

Мощность двигателя и дальность пробега автомашин остались прежними, а вот выброс в атмосферу токсических веществ резко сократился. Ведь добавка даже пяти процентов водорода к обычному горючему активизирует процесс сгорания бензина и тем самым резко снижает содержание вредных веществ в выхлопных газах.

К тому же расход бензина уменьшается на 40 процентов. Внешне испытуемые автомашины мало чем отличались от обычных. Специальный аккумулятор водорода помещен в багажнике.

Принцип его действия несложен: металлический порошок, нагреваемый отработанными газами, продуцирует водород, который смешивается с бензином и подается в двигатель. На переднем щитке появилась дополнительная панель, где размешены приборы, контролирующие работу аккумулятора. Однако запасы водорода не позволяют пока перейти к массовому производству автомашин, работающих на новом топливе.

Возможно, успехи в области физиологии растений будут способствовать решению этой проблемы. Некоторые растения в ходе фотосинтеза образуют горючие жидкости, по своим свойствам напоминающие нефть. Нельзя ли их использовать для получения топлива? Ответ на этот вопрос мы поищем в следующем выпуске рассылки.