Hledání živého generátoru vodíku

Obrovské množství vodíku nám ze Země před miliardami let uteklo do vesmírného prostoru. Škoda, teď by se nám hodil. S vodíkem se totiž počítá jako s ekologickým palivem do motorů budoucnosti. Kromě velkého množství energie, která se uvolní při jeho slučování s kyslíkem, je totiž významný i zcela nezávadný konečný produkt reakce, voda. Jak ale získat vodík ekonomicky únosným způsobem? Elektrolýza vody pochopitelně nepřichází v úvahu. Pracovníci Weizmannova ústavu vyvinuli nový postup rozkladu vody využívající sluneční záření. V obří věži asi 2000krát „zahušťují“ sluneční energii zrcadly a vyhřívají oxid zinečnatý (ZnO) a dřevěné uhlí na 1200 °C. Za těchto podmínek vznikne plynný zinek a oxid uhelnatý (CO), který může být dále spalován. Zinek kondenzuje v podobě jemného prášku vhodného do baterií nebo pro rozklad vody. Za určitých podmínek uvolní zinek z vody vodík a sám oxiduje na oxid zinečnatý, který lze použít opakovaně. Kouzelné na tomto postupu je, že sluneční energie může být uložena a transportována formou práškového zinku a přeměněna, kde a kdy libo.

Snad ještě zajímavější generátor na výrobu vodíku poháněný sluncem slibuje J. Craig Venter, jehož kontroverzní, leč efektivní účast v závodech o sekvencování lidského genomu jsme roku 2003 všichni sledovali se zájmem (Vesmír 85, 95, 2006/2). Venter opustil sekvencování a odjel na své jachtě na cestu kolem světa, odkud si přivezl obrovskou sbírku mořských organizmů. Jejich genomy skrývají mimo jiné i potenciálně zajímavé součástky živého vodíkového generátoru. S podporou mexického miliardáře A. R. Graza založil Venter novou společnost Synthetic Genomic Inc., která si vytkla dva hlavní cíle: konstrukci mikroorganizmu na výrobu ethanolu a konstrukci živých generátorů vodíku. I když z minulosti známe Venterova bombastická prohlášení, v tomto případě nikdo nepochybuje, že ví, co říká. Řada vědeckých týmů totiž potvrdila, že řasy mají výrobu vodíku v popisu práce, a je tudíž třeba hledat jen vhodné podmínky a upravit vybraný kmen, aby to dělaly co nejefektivněji.

Poslední gól v této oblasti ohlásili nedávno E. Melis a spolupracovníci, kteří zkonstruovali kmen řas C. reinhardtii se zkrácenými chlorofylovými anténami. Jeho buňky jsou průsvitnější a efektivněji využívají sluneční energii. V kultuře pronikne světlo do hlubších vrstev, takže se na procesu podílí více buněk. Kultura chvíli syntetizuje a chvíli produkuje vodík, protože hydrogenáza, enzym, který katalyzuje produkci vodíku, nefunguje v přítomnosti kyslíku potřebného pro fotosyntetickou fázi. E. Melis a T. Seifert navíc objevili, že přepnout z produkce oxidu uhličitého (CO₂) na H₂ lze při nedostatku zdroje síry v médiu. I když se jim podařilo zvýšit produkci vodíku stotisíckrát, stále to nestačí. Je třeba dosáhnout dalšího stonásobného zvýšení, aby byl proces průmyslově zajímavý. Společně teď s Venterem pracují na úpravě kmene, která by umožnila zvýšenou produkci vodíku bez přerušování. Počítá se například s použitím výkonnější hydrogenázy a s modifikací tvorby membránových kanálů, které pumpují protony ven z thylakoidů. Zdrojem genů by mohl být genofond z Venterovy cesty kolem světa.

Japonci prý počítají s tím, že jimi proponované ekologické megaměsto v pyramidě z karbonových rour bude zásobováno energií z pohybů mořské hladiny, větru a vodíku, takže mezi odběrateli vodíku by nebyli jen řidiči automobilů. Venter a jeho spolupracovníci si navíc uvědomují, že produkce vodíku je jen jeden z procesů, kterými by řasy mohly posloužit lidstvu. Investovat dnes do výzkumu řas stojí rozhodně za to.