Un passo avanti verso la produzione sostenibile di idrogeno con i cianobatteri
Un microambiente privo di ossigeno protegge gli enzimi sensibili
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Un gruppo di ricercatori dell'Università di Kassel, dell'Università della Ruhr di Bochum e dell'Universidade Nova Lisbon (Portogallo) ha sviluppato un metodo per migliorare la produzione di idrogeno fotosintetico utilizzando i cianobatteri. Lo studio, pubblicato sulla rivista Angewandte Chemie International Edition, potrebbe contribuire alla produzione di energia pulita.
In determinate condizioni, i cianobatteri (noti anche come "alghe blu-verdi") sono in grado di produrre idrogeno attraverso la fotosintesi, un approccio promettente per la generazione di energia pulita. Tuttavia, l'ossigeno prodotto durante la fotosintesi inibisce l'attività di alcuni enzimi, le cosiddette idrogenasi, necessarie per la produzione di idrogeno. Gli approcci precedenti alla rimozione dell'ossigeno erano inefficienti o richiedevano l'uso di sostanze chimiche e carboidrati aggiuntivi, che compromettevano la sostenibilità del processo.
La protezione consente la produzione continua di idrogeno
Il team guidato dal Prof. Dr. Wolfgang Schuhmann di Bochum, dalla Prof.ssa Kirstin Gutekunst di Kassel e dal Dr. Felipe Conzuelo di Lisbona ha ora trovato una soluzione: Integrando mutanti di cianobatteri in uno speciale polimero redox depositato su un elettrodo, le cellule possono essere protette dall'ossigeno. Il polimero contiene gruppi viologenici che si riducono applicando un potenziale elettrico, abbattendo così in modo efficiente l'ossigeno presente nell'ambiente delle cellule.
Il sistema crea un microambiente privo di ossigeno direttamente intorno alle cellule, in modo che le idrogenasi rimangano attive e possano produrre continuamente idrogeno. "Si tratta di un passo importante verso una produzione biotecnologica di idrogeno sostenibile e scalabile", spiega il team di ricerca.
I cianobatteri geneticamente ottimizzati aumentano l'efficienza
L'uso di cianobatteri geneticamente modificati è stato particolarmente efficace. In questi mutanti, l'idrogenasi è geneticamente collegata direttamente al cosiddetto fotosistema I della fotosintesi. Questi mutanti hanno mostrato una produzione di idrogeno significativamente più lunga e più stabile rispetto alle cellule wild-type del polimero.
Biofotovoltaico per la produzione di idrogeno verde
I risultati dello studio aprono nuove possibilità per lo sviluppo di sistemi biofotovoltaici che convertono la luce solare direttamente in idrogeno. "Il nostro approccio combina i vantaggi delle cellule viventi - come l'autoriparazione e la longevità - con la precisione dei sistemi elettrochimici", spiega Kirstin Gutekunst.
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