| Περίληψη |
Η δυνατότητα των χλωροφυκών να παράγουν φωτοχημικά μοριακό υδρογόνο όταν βρεθούν σε αναερόβιες συνθήκες πρωτοανακαλύφθηκε από τον Gaffron (1939). Στο διάστημα των 72 αυτών ετών έως σήμερα, έγιναν πολλές προσπάθειες ώστε να καταστεί η παραγωγή του υδρογόνου από τα μικροφύκη οικονομικά βιώσιμη, δεδομένων των αναγκών της ανθρωπότητας για ενεργειακές λύσεις φιλικότερες προς το περιβάλλον. Οι Melis et al. (2000) ανακάλυψαν πως η απουσία του θρεπτικού στοιχείου θείου (S) από το διάλυμα καλλιέργειας του μικροφύκους Chlamydomonas reinhartii, όταν αυτό καλλιεργείται σε ερμητικά κλειστά δοχεία, παρουσία φωτός, οδηγεί σε αύξηση της παραγωγής υδρογόνου σε σχέση με τον μάρτυρα. Πρόσφατα ανακαλύφθηκε επίσης, πως το μικροφύκος Scenedesmus obliquus κατά την βιοαποικοδόμηση meta-υποκατεστημένων διχλωροφαινολών (dcps), παράγει ιδιαίτερα μεγάλες ποσότητες υδρογόνου. Η ιδιότητα των ανηγμένων διχλωροφαινολών (που δημιουργούνται κατά την βιοαποικοδόμηση) να παίρνουν θέση στην αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων ως ηλεκτρονιοπομποί, πριν το φωτοσύστημα Ι, απενεργοποιώντας ταυτόχρονα το φωτοσύστημα ΙΙ (και την παραγωγή οξυγόνου από την φωτόλυση του νερού), επιτρέπει την συνεχή τροφοδότηση του φωτοσυστήματος Ι με ηλεκτρόνια, τα οποία κατ’ επέκταση τροφοδοτούν την υδρογενάση που παράγει υδρογόνο σε τεράστιες ποσότητες (Papazi, 2009).
Με την παρούσα μελέτη, συνδυάζοντας την στρατηγική παραγωγής υδρογόνου μέσω του μηχανισμού βιοαποικοδόμησης των διχλωροφαινολών, μαζί με στοχευμένες ελλείψεις θρεπτικών συστατικών και διαφορετικές συνθήκες ανάπτυξης (αυτότροφες ή μικτότροφες καλλιέργειες με υψηλή συγκέντρωση κυττάρων), επιτεύχθηκε επιπλέον αύξηση της παραγωγής Η2.
Οι πειραματικές προσεγγίσεις έδειξαν ότι οι παράγοντες με την εντονότερη επίδραση στην παραγωγή Η2, είναι η παρουσία της 2,3-dcp, ο μικτότροφος τρόπος καλλιέργειας (συνεχής παροχή γλυκόζης από την αρχή της καλλιέργειας) και η έλλειψη αζωτούχας πηγής από το θρεπτικό του χλωροφύκους. Ο συνδυασμός των τριών αυτών παραγόντων [-Ν+glc+dcp] επηρεάζει δραματικά τις βασικές λειτουργίες του χλωροφύκους, με κυρίαρχες αλλαγές την αύξηση της αναπνευστικής λειτουργίας, την εξάλειψη της φωτοσυνθετικής παραγωγής Ο2 (ταχεία εγκαθίδρυση ανοξίας) και την αύξηση της ταχύτητας βιοαποικοδόμησης της διχλωροφαινόλης. Οι καλλιέργειες Scenedesmus obliquus που αναπτύχθηκαν υπό αυτές τις συνθήκες παρήγαγαν σε 5 ημέρες την μέγιστη ποσότητα υδρογόνου, 14 L Η2/ L PCV, σε αντίθεση με τα 2,5 L Η2/ L PCV που παράγουν οι καλλιέργειες που αναπτύχθηκαν μόνο με την παρουσία 2,3 διχλωροφαινόλης [Control+dcp] και τα 0,3 L Η2/ L PCV που παράγουν οι καλλιέργειες μάρτυρες [Control].
Η εντυπωσιακή επιπλέον αύξηση της παραγωγής Η2, επιτεύχθηκε προσεγγίζοντας με έμμεσο τρόπο τον μηχανισμό παραγωγής υδρογόνου, επιδρώντας κυρίως στους ρυθμούς βιοαποικοδόμησης της διχλωροφαινόλης. Η αυξημένη και συνεχής παροχή γλυκόζης από τις προκαλλιέργειες μέχρι και τις κύριες καλλιέργειες, αλλά και η έλλειψη αζώτου από τα θρεπτικά, που επάγει την αύξηση των λιπαρών, αυξάνουν σημαντικά τον ρυθμό βιοαποικοδόμησης των διχλωροφαινολών εξασφαλίζοντας γρηγορότερα αναερόβιες συνθήκες για την ομαλή λειτουργία της υδρογενάσης, παρέχοντας ταυτόχρονα ενεργειακά αποθέματα για το χλωροφύκος. Το γεγονός αυτό αφήνει περιθώρια για περαιτέρω αύξηση της παραγωγής Η2 από τα χλωροφύκη στα πλαίσια μίας πραγματικά πράσινης βιοτεχνολογικής προσέγγισης
|
Παραγωγή υδρογόνου από το χλωροφύκος Scenedesmus obliquus μέσω του μηχανισμού βιοαποικοδόμησης των διχλωροφαινολών σε συνδυασμό με στοχευμένες ελλείψεις ιόντων από το μέσο καλλιέργειας
