catalКатализ в промышленностиKataliz v promyshlennosti1816-03872413-6476LLC "KALVIS"catal-1115Research ArticleБИОТОПЛИВОBIOFUELSОсновы технологии микробиологической конверсии органических целлюлозосодержащих отходов в электроэнергию через промежуточное образование биоводородаTechnology of microbiological conversion of organic cellulose waste into electricity through the intermediate formation of bio-hydrogenНетрусовА. И.NetrusovA. I.ctls@kalvis.ruКарякинА. А.KaryakinA. A.ctls@kalvis.ruТепляковВ. В.TeplyakovV. V.ctls@kalvis.ruШалыгинМ. Г.ShalyginM. G.ctls@kalvis.ruВоронинО. Г.VoroninO. G.ctls@kalvis.ruАбрамовС. М.AbramovS. M.ctls@kalvis.ruСадраддиноваЭ. Р.SadraddinovaE. R.ctls@kalvis.ruМитрофановаТ. И.MitrofanovаT. I.ctls@kalvis.ruГлазуноваЕ. В.GlazunovаE. V.ctls@kalvis.ruШестаковА. И.ShestakovA. I.ctls@kalvis.ruБиологический факультет МГУ им. М.В. Ломоносова, МоскваРоссияFaculty of Biology, Lomonosov Moscow State University, MoscowRussian FederationХимический факультет МГУ им. М.В. Ломоносова, МоскваРоссияFaculty of Chemistry, Lomonosov Moscow State University, MoscowRussian FederationИнститут нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева РАН, МоскваРоссияTopchiev Institute of Petrochemical Synthesis, Russian Academy of Sciences, MoscowRussian Federation201022012025057884Copyright © LLC "KALVIS", 20242024LLC "KALVIS"LLC "KALVIS"https://www.catalysis-kalvis.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.catalysis-kalvis.ru/jour/article/view/1115

Проведен скрининг микроорганизмов, способных к разложению целлюлозосодержащих отходов и выделению водорода. Созданы основы технологии для извлечения и использования водорода. Для скрининга были применены классические микробиологические методики. Для извлечения водорода из культуральной жидкости использовали технологию полимерных непористых мембран. Полученный водород непрерывно окисляли с образованием электричества, при помощи инновационной технологии ферментного электрода на основе гидрогеназы. В ходе работы было отобрано несколько высокопродуктивных сообществ микроорганизмов, показана возможность интенсификации процесса микробиологической конверсии целлюлозосодержащих отходов в электроэнергию через образование водорода с 20 мМ(Н2)/(л·ч) до 68 мМ(Н2)/(л·ч) с применением мембранной технологии, а также возможность использования ферментного топливного электрода для окисления водорода. При этом максимальная мощность составила до 250 мкВт/см2 .Показано, что обе технологии можно использовать для получения электроэнергии и экологически чистого водорода.

Screening of microorganisms capable of degradation of cellulose waste to hydrogen was held, also a basis technology for the extraction and use of hydrogen was created. Classical microbiological methods were used to screen. Technology is non-porous polymer membranes were used to extract hydrogen from the culture fluid. Hydrogen is continuously oxidized to form electricity, using innovative technology of enzyme electrode based on hydrogenase. Several high-yield microbiocenosis were selected in the work, the possibility of intensifying the process of microbial hydrogen formation from 20 mM (H2)·l–1·h–1 to 68 mM (H2)·l–1·h–1 due to application of membrane technology shows as well as the possibility of using enzyme fuel electrode for hydrogen oxidation. Maximum output amounted up to 250 mkVt/sm2. It is shown that it is possible to use both technologies for generating electricity and clean hydrogen.

скринингсообщество микроорганизмовкультуральная жидкостьполимерные непористые мембраныферментный электродгидрогеназаscreeningmicrobiocenosisculture mediumnon-porous polymer membraneenzyme electrodehydrogenaseReferencesТепляков В.В. Прогнозирование газоразделительных свойств полимерных мембран // Журнал ВХО им. Д.И. Менделеева. 1987. Т. XXXII. №. 6. С. 693.Тепляков В.В. Прогнозирование газоразделительных свойств полимерных мембран // Журнал ВХО им. Д.И. Менделеева. 1987. Т. XXXII. №. 6. С. 693.Karyakin A.A., Morozov S.V., Voronin O.G. et al. The Limiting Performance Characteristics in Bioelectrocatalysis of Hydrogenase Enzymes // Angewandte Chemie. 2007. № 119. Р. 7382.Karyakin A.A., Morozov S.V., Voronin O.G. et al. The Limiting Performance Characteristics in Bioelectrocatalysis of Hydrogenase Enzymes // Angewandte Chemie. 2007. № 119. Р. 7382.Морозов С.В., Воронин О.Г., Карякина Е.Е., Карякин А.А. Водородные топливные электроды на основе ферментов // Нано- и микросистемная техника. 2006. №. 5. С. 9.Морозов С.В., Воронин О.Г., Карякина Е.Е., Карякин А.А. Водородные топливные электроды на основе ферментов // Нано- и микросистемная техника. 2006. №. 5. С. 9.Morozov S.V., Voronin O.G., Karyakina E.E. et al. Tolerance to oxygen of hydrogen enzyme electrodes // Electrochemistry Communications. 2006. № 8. Р. 851.Morozov S.V., Voronin O.G., Karyakina E.E. et al. Tolerance to oxygen of hydrogen enzyme electrodes // Electrochemistry Communications. 2006. № 8. Р. 851.Voronin O.G., van Haaster D.J., Karyakina E.E. et al. Direct Bioelectrocatalysis by NADP-Reducing Hydrogenase from Pyrococcus furiosus // Electroanalysis. 2007. Vol. 19. № 21. Р. 2264.Voronin O.G., van Haaster D.J., Karyakina E.E. et al. Direct Bioelectrocatalysis by NADP-Reducing Hydrogenase from Pyrococcus furiosus // Electroanalysis. 2007. Vol. 19. № 21. Р. 2264.Netrusov A., Abramov S., Sadraddinova E. et al. Membrane-assisted separation of microbial gaseous fuels from renewable sources // Desalination and Water Treatment. 2010. № 14. Р. 252.Netrusov A., Abramov S., Sadraddinova E. et al. Membrane-assisted separation of microbial gaseous fuels from renewable sources // Desalination and Water Treatment. 2010. № 14. Р. 252.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.