إدارة الموسوعة 1: مراجعة واحدة

2013-11-05T16:04:17Z

مراجعة واحدة

صفحة جديدة

[[ملف:Algae hydrogen production.jpg|frame|[[مفاعل الأشنيات الحيوي]] لإنتاج الهيدروجين.]]
تمثل عملية ''' الإنتاج الحيوي للهيدروجين ''' {{إنج| Biological hydrogen production}} طريقةً للانشقاق الضوء حيوي للماء والتي تحدث في [[مفاعل حيوي|المفاعل الحيوي الضوئي]] [[نظام مغلق|المغلق]] والقائم على [[إنتاج الهيدروجين]] {{إنج|production hydrogen}} بواسطة [[أشنيات|الأشنيات]]. حيث تنتج [[شانيات|الشانيات]] الهيدروجين تحت ظروفٍ معينةٍ. في عام 2000، تم اكتشاف أنه لو حُرِمَت أشنيات C. reinhardtii '' '' من [[كبريت|الكبريت]]، فإنها ستتحول من إنتاج [[أكسوجين|الأكسوجين]]، كما هو الحال في عملية [[تمثيل ضوئي|البناء الضوئي]] العادية، إلى إنتاج الهيدروجين.<ref>[http://www.wired.com/news/technology/0,70273-0.html Wired-Mutant Algae Is Hydrogen Factory]</ref><ref>http://www.science.org.au/nova/newscientist/111ns_002.htm</ref>

== قضايا تصميم المفاعل الحيوي ==

* تقييد إنتاج الهيدروجين في عملية التمثيل الضوئي بواسطة [[تدرج البروتين|تدرج (انحدار البروتين)]] {{إنج| proton gradient}}.
* المنع التنافسي لإنتاج الهيدروجين في عملية التمثيل الضوئي بواسطة ثاني أكسيد الكربون.
* الحاجة إلى رابطة بيكربونات في [[النظام الضوئي الثاني]] {{إنج| photosystem}} بهدف [[كفاءة التمثيل الضوئي|التمثيل الضوئي الكافي]] {{إنج| photosynthesis efficiency}}.
* تصريف الإلكترونات التنافسي بواسطة الأكسوجين في إنتاج الهيدروجين الطحلبي (الأشني).
* يجب على الاقتصاديين توصيل أسعار تنافسية لمصادر الطاقة الأخرى وأن الاقتصاديين معتمدون على عوامل متغيرة متعددة.
* إحدى العقبات الفنية الرئيسية تتمثل في كفاءة تحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كيميائية مخزونة في الهيدروجين الجزيئي.

ما زالت المحاولات جارية لحل هذا المشكلات من خلال [[هندسة حيوية|الهندسة الحيوية]].

== زباني الاستشعار الأبتر ==
تقلص حجم زباني استشعار [[كلورفيل|الكلورفيل]] في الأشنيات الخضراء، أو تم بتره، وذلك بهدف زيادة كفاءة التحول الشمسي الضوئي الضوئي الحيوي وكذلك نتاج جزيء الهيدروجين. حيث يُقَلِل حجم زباني استشعار الكلوروفيل المبتورة من امتصاص والإسراف في تبديد ضوء الشمس بواسطة الخلايا الفردية، مما يُسفر عن كفاءةٍ أفضلٍ لاستخدام الضوء وقدرةٍ إنتاجيةٍ أعظم للتمثيل الضوئيربواسطة مزرعة كتل الأشنيات الخضراء <ref>[http://www.hydrogen.energy.gov/pdfs/progress04/iid1_melis.pdf 2004-Maximizing photosynthetic efficiencies and hydrogen production in microalgal cultures]</ref>.

== معالمٌ بارزةٌ ==
اكتشف باحثٌ ألمانيٌ في عام 1939 يُدْعَى هانز جافرون، في أثناء عمله في جامعة شيكاغو، أن الأشنيات الخضراء التي كان يقوم بدراستها ([[Chlamydomonas reinhardtii]]) لها القدرة على التحول فيما بين إنتاج الهيدروجين والأكسوجين. {{حقيقة|date=October 2010}}

أما في عام 1997، فقد اكتشف البروفيسور أنستازيوس ميليس، على إثر أعمال هانز جافرون، أن منع الكبريت سيتسبب في تحويل الأشنيات من إنتاج الأكسوجين إلى إنتاج الهيدروجين. حيث وجد أنستازيوس أن إنزيم الهيدروجيناز هو المسؤول عن ذلك التفاعل <ref>[http://www.ucop.edu/research/publications/pdf/doe2000.pdf Department of Energy report winter 2000]</ref><ref>[http://web.mit.edu/pweigele/www/PBR_background/dissertation_anaerobic_chlamy.pdf 2005-The anaerobic life of the photosynthetic alga]</ref>.

وفي عام 2006 قام باحثون من [[جامعة بيلفيلد]] {{إنج|University of Bielefeld}} و[[جامعة كوينز لاند]] {{إنج|University of Queensland}} بتغيير طحلب '' [[Chlamydomonas reinhardtii]] '' أحادي الخلية الأخضر وراثياً بطريقةٍ تجعلها تنتج كميةً كبيرةً من الهيدروجين <ref>[http://www.fuelcellsworks.com/Supppage5197.html Hydrogen from algae - fuel of the future?]</ref>. هذا ويستيطع [[Stm6]]، على المدى الطويل، إنتاج خمسة أضعاف كمية ما يتم إنتاجه من الصورة البرية الطبيعية من ذلك الطحلب بالإضافة إلى نحو نسبة 1.6 إلى 2.00 من كفاءة الطاقة.

وفي عام 2007، اُكْتُشِفَ أن [[نحاس|النحاس]] يُضاف إلى كتل الأشنيات المنتجة للأكسوجين مما يسمح بالتحول من إنتاج الأكسوجين إلى إنتاج الهيدروجين <ref>[http://www.physorg.com/news114172068.html Copper]</ref>.

هذا وقام أنستازيوس ميلز في دراسته لكفاءة تحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كيميائية في أجيال (tlaX) المتحورة أو المهجنة من '' Chlamydomonas reinhardtii ''، بتحقيق إنجاز زيادة الكفاءة بنسبة 15%، مما أوضح أن حجم زباني الكلوروفيل المبتورة أو المنتفصة <ref>[http://www1.eere.energy.gov/hydrogenandfuelcells/pdfs/merit03/42_nrel_maria_ghirardi.pdf Chl antenna]</ref> يقلص من الإسراف في تبديد ضوء الشمس بواسطة الخلايا الفردية <ref>[http://www.hydrogen.energy.gov/pdfs/progress07/ii_h_3_melis.pdf DOE 2007 Report 15 %]</ref>. هذا ويمكن ازدواج عملية تحول الطاقة الشمسية إلى طاقة كيميائية بهدف إنتاج خليطاً متنوعاً من الوقود الحيوي ومن بينها الهيدروجين.

ومؤخراً في عام 2008، حيث قام أنستازيوس ميلز في دراسته لكفاءة تحول الطاقة الشمسية إلى طاقة كيميائية في أجيال '' Chlamydomonas reinhardtii (tlaR) '' المتحورة، وجد زيادة الكفاءة بنسبة 25% من حد أقصى كان قد توصل إليه نظرياً وصل إلى 30% <ref>[http://www.hydrogen.energy.gov/pdfs/progress08/ii_f_2_melis.pdf DOE 2008 Report 25 %]</ref>.

== البحث والدراسة ==
* تم تطوير عام 2006 في [[جامعة كارلسروه]] {{إنج|University of Karlsruhe}} نمطاً من المفاعل الحيوي محتوياً على كمية تتراوح من 500 إلى 1000 لتر من مزارع الأشنيات. حيث هدف تصميم ذلك المفاعل إلى استخدامه لإثبات الجدوى الاقتصادية من النظام الخاص في عام 2011. {{حقيقة|date=October 2010}}

* وفي عام 2009، تختبر شركة HydroMicPro المفاعلات المسطحة <ref>[http://www.nanowerk.com/news/newsid=14019.php Hydrogen from microalgae]</ref>.

== الاقتصاديات ==
ستمثل مساحة 25.000 كيلومتراً مربعاً مساحةً كافيةً ليتم التخلص من استخدام الغازولين في الولايات المتحدة الأمريكية. ولوضع مثل ذلك الهدف في الاعتبار، فإن مثل تلك المساحة توفر نحو 10% تقريباً من المساحة المقررة لزراعة الصويا في الولايات المتحدة الأمريكية <ref>[http://www.newscientist.com/channel/earth/energy-fuels/mg18925401.600-growing-hydrogen-for-the-cars-of-tomorrow.html Growing hydrogen for the cars of tomorrow]</ref>.

هذا وقد حددت إدارة الطاقة الأمريكية سعر لبيع الكيلوغرام وصل إلى 2.60 دولاراً أمريكياً كهدفاً لجعل إنتاج الهيدروجين المتجدد متاحاً اقتصادياً. ويتعادل ما يُنتجه كيلوغراماً واحداً من الطاقة مع ما ينتجه غالوناً واحداً من الغازولين. ولتحقيق مثل هذا، يجب أن تصل كفاءة تحول الضوء إلى هيدروجين إلى نسبة 10% بينما تُقَدَرُ الكفاءة الحالية بنسبة 1% وسعر البيع لها هو 13.53 للكيلوغراماً الواحد <ref>[http://www.nrel.gov/docs/fy04osti/35593.pdf 2004-Updated Cost Analysis of Photobiological Hydrogen]</ref>.

وبناءً على تقدير إدارة الطاقة الأمريكية للتكلفة، فالبنسبة إلى محطات تمويل الوقود لما تحتاجة 100 سيارة يويمياً، فإن ذلك الكم يتطلب 300 كيلوغراماً. ومع التقنية المتوفرة حالياً، فإن النظام القائم بذاته اللازم لإنتاج 300 كيلو غراماً يومياً، سيتطلب 110.000 متراً مربعاً من البرك ذات تركيز الخلية بنسبة تركيزٍ 0.2 جم/ لتر من المتحورات مبتورة الزباني و 10 سم عمق للبركة <ref>[http://www.nrel.gov/docs/fy04osti/35593.pdf 2004- Updated cost analysis of photobiological hydrogen production from chlamydomonas reinhardtii green algae]</ref>.

كما تشتمل مساحة البحث التطبيقي، والتي من المقرر أن تزيد من الكفاءة، على تنمية عملية [[هدرجة|الهدرجة]] {{إنج|hydrogenases}} <ref>[http://www.microbemagazine.org/index.php?option=com_content&view=article&id=309:photobiological-hydrogen-productionprospects-and-challenges&catid=132:featured&Itemid=196 Photobiological hydrogen production—prospects and challenges]</ref> متسامحة الأكسوجين ومعدلات إنتاج الهيدروجين المتزايدة عبر تحسين انتقال الإلكترون <ref>[http://www1.eere.energy.gov/hydrogenandfuelcells/production/pdfs/photobiological.pdf 2005-A prospectus for biological H2 production]</ref>.

== التأريخ ==
اكتشف باحثٌ ألمانيٌ في عام 1939 يُدْعَى هانز جافرون، في أثناء عمله في جامعة شيكاغو، أن الأشنيات الخضراء التي كان يقوم بدراستها ('' [[Chlamydomonas reinhardtii]] '') لها القدرة على التحول فيما بين إنتاج الهيدروجين والأكسوجين <ref>[http://www.wired.com/news/technology/0,1282,54456,00.html Algae: Power Plant of the Future?]</ref>. إلا أن جافرون لم يكتشف مطلقاً السبب الكامن وراء ذلك التغير، كما فشل العديد من العلماء الآخرين، في محاولاتهم لتحقيق ذلك الاكتشاف، في التوصل لمثل ذلك السبب كذلك. إلا أنه وفي فترة التسعينات من القرن العشرين، اكشتف العالم [[انستازيوس ميلز]] {{إنج|Anastasios Melis}}، والذي يعمل باحثاً في جامعة كاليفورنيا ببركلي، أنه لو حُرٍمَت مزرعة متوسطة من الأشنيات من الكبريت، فإنها ستتحول من إنتاج الأكسوجين (كما هو الحال في عملية البناء الضوئي الطبيعية) إلى إنتاج الهيدروجين. حيث وجد أن [[إنزيم|الإنزيم]] المسؤول عن مثل ذلك التفاعل هو إنزيم [[هيدروجيناز|الهيدروجيناز]] {{إنج|hydrogenase}}، إلا أن الهيدروجيناز يفتقر إلأى تلك الخاصية في حالة وجود الأكسوجين. كما وجد ميلز أن استنفاذ كمية الكبريت المتاحة للأشنيات تقاطع تدفق الأكسوجين الداخلي لها، مما يسمح بتوفير بيئة للهيدروجيناز ليتفاعل في ظلها، مسفراً عن إنتاج الأشنيات للهيدروجين <ref>[http://www.wired.com/wired/archive/10.04/mustread.html?pg=5 Reengineering Algae To Fuel The Hydrogen Economy]</ref>. وتُعَدُ '' [[Chlamydomonas moewusii]] '' سلالةً جيدةً لإنتاج الهيدروجين. ويحاول العلماء بمختبر أرغون الوطني التابع لإدارة الطاقة الأمريكية بإيجاد السبل لإيجاد ما يحل محل دور الهيدروجيناز والذي يتفاعل لإنتاج الهيدروجين ولتوفيره في عملية البناء الضوئي. ومن المتوقع أن تكون النتيجة معبرةً عن إنتاج كميةٍ كبيرةٍ من غاز الهيدروجين، والتي من المحتمل أيضاً أن تكون متناسبة مع كمية الأكسوجين التي يتم إنتاجها <ref>[http://newswise.com/articles/view/539260/ Algae Could One Day be Major Hydrogen Fuel Source] Newswise, Retrieved on June 30, 2008.</ref><ref>{{Cite journal| url = http://www.plantphysiol.org/cgi/content/full/127/3/740 | author = Melis A and Happe T | year = 2001 | title = Hydrogen Production: Green Algae as a Source of Energy | journal = Plant Physiol. | volume = 127 | pages = 740–748 | doi = 10.1104/pp.010498 | pmid = 11706159 | issue = 3 | pmc = 1540156 }}</ref>.

== انظر أيضاً ==
* [[أشنيات]]
* [[مزرعة طحلبية]] {{إنج|Algaculture}}
* [[هيدروجين حيوي]] {{إنج|Biohydrogen}}
* [[إنتاج الهيدروجين]] {{إنج|Hydrogen production}}
* [[هيدروجين ضوئي]] {{إنج|Photohydrogen}}
* [[خط زمني لإنتاج الهيدروجين]] {{إنج|Timeline of hydrogen technologies}}

== المصادر ==
{{مراجع|2}}
{{مراجع}}

== وصلات خارجية ==
* [http://www1.eere.energy.gov/hydrogenandfuelcells/production/pdfs/photobiological.pdf DOE – توقع إنتاج حيوي للهيدروجين.]
* [http://www.solarbiofuels.org/biofuels/Templates/biohydrogen.html الوقود الحيوي من الطاقة الشمسية]
* [http://www.fao.org/docrep/w7241e/w7241e0g.htm منظمة الأغذية والزراعة العالمية]
* [http://www.hydrogen.energy.gov/pdfs/review06/pdp_11_melis.pdf مضاعفة كفاءة استخدام الضوء وإنتاج الهيدروجين في مزارع الأشنيات الطحلبية الميكروبية]
* [http://www.futurefarmers.com/survey/algae.php DIY – مفاعل الأشنيات/الهيدروجين الحيوي عام 2004]
* [http://search.nrel.gov/query.html?col=eren&qc=eren&style=eere&qm=1&si=0&ht=517965421&ct=147558239 تقارير NREL]
* [http://search.nrel.gov/cs.html?charset=utf-8&url=http%3A//www1.eere.energy.gov/hydrogenandfuelcells/pdfs/30535f.pdf&qt=url%3Awww1.eere.energy.gov/hydrogenandfuelcells/+url%3Awww.eere.energy.gov/hydrogenandfuelcells/+||+algae+farm&col=eren&n=9&la=en إنتاج جزيء الهيدروجين الضوئحيوي من الأشنيات التدويري التابع لEERE]

[[تصنيف:تقانة حيوية]]
[[تصنيف:تقنيات مستدامة]]
[[تصنيف:إنتاج الهيدروجين]]
[[تصنيف:حيوية الهيدروجين]]

إنتاج الهيدروجين الحيوي - تاريخ المراجعة

إدارة الموسوعة 1: مراجعة واحدة