Biohidrogén

Ismeretes, hogy a hidrogén a legkönnyebb elem. A Földön szabad állapotban nem fordul elő, de a vegyületeiben annál gyakoribb. A racionálisan gondolkodó kutatók egyike sem tekinti a holnap energiahordozójának, de az elkövetkező évtizedek során komolyan számolni kell vele, így fontos, hogy tisztában legyünk az eddig elért eredményekkel.

A Bélafiné Dr. Bakó Katalin, a veszprémi Pannon Egyetem Biomérnöki, Membrántechnológiai és Energetikai Kutatóintézet intézetvezető egyetemi tanára szerkesztésében megjelent, Biohidrogén című könyv a hidrogén újszerű előállításának lehetőségeit mutatja be. A szerzők a Pannon Egyetem és a Szegedi Tudományegyetem oktatói és kutatói, akik nemzetközi érdeklődést kiváltó eredményeket értek el a biohidrogén kutatása területén.

Ahogy a szerkesztő az előszóban írja, „A hidrogén ideális energiahordozó mind környezetvédelmi, mind egészségügyi, mind energetikai szempontból.” Mivel tömegegységre vonatkoztatott energiatartalma nagyobb, mint a metáné, elégetésekor pedig kizárólag víz keletkezik, a karbonmentes (a CO2-kibocsátás nélküli) energiaellátás megteremtése érdekében kutatása világszerte napirenden van. A jelenlegi hidrogénfelhasználás 96%-át fosszilis alapon, elsősorban metánból állítják elő. Ahhoz, hogy a hidrogén a várakozásoknak megfelelően a jövő energiaforrása legyen, meg kell oldani előállítását biológiai alapon, biomasszából, szénhidrátban gazdag, gyakran hulladéknak számító alapanyagokból.

A könyv második fejezetében a Szegedi Tudományegyetem kutatói az alapoktól indulva mutatják be a hidrogén-metabolizmus enzimjeit. Két olyan enzimcsalád van, amelyek képesek hidrogéngáz fejlesztésére vagy annak oxidálására. A szerzők részletesen bemutatják a hidrogenázok és a nitrogenázok felépítését, bioszintézisüket, a sejtekben betöltött élettani szerepüket. Mint minden fejezetet, ezt is gazdag irodalomjegyzék követi, ahol az érdeklődők további, részletesebb információt találnak, természetesen a szerzők neves szaklapokban megjelent munkáiról is.

A következő fejezet a hidrogén-előállítás biológiai módszereinek bemutatásával foglalkozik. A nagyszámú hidrogéntermelő mikroorganizmus alapvetően két csoportba osztható: az egyik csoportba tartoznak a fényfüggő, a másikba a fénytől közvetlenül nem függő (sötét fermentációs) törzsek, melyek mindegyikére jellemző, hogy a biohidrogén előállításához oxigénmentes (anaerob) körülmények szükségesek. A szerzők részletesen bemutatják a sötét fermentációs hidrogénelőállítást befolyásoló paramétereket: a hőmérséklet, a pH, a szubsztrátok hatását, a nitrogén, a foszfor és nyomelemek szerepét, és kitérnek a reaktorkonfiguráció és tartózkodási idő jelentőségére is.

Külön fejezet foglalkozik a sötét fermentációs hidrogéntermelés hatékonyságának növelésével, az alacsony hidrogénhozamok problematikájával. Az elméletileg 3–34%-os hatékonyságú konverzió helyett csak mintegy 16–17%-ot érnek el. Megoldás lehet a kétlépcsős rendszerek kiépítése vagy integrált eljárások alkalmazása a nagyobb hidrogénhozamok és produktivitás elérése céljából. A sötét fermentáció és a metanogenezis vagy fotofermentáció, a mikrobiális üzemanyagcella és mikrobiális elektrohidrogenezis-cella összekapcsolása, új hidrogéntermelő mikrobák alkalmazása, a metabolitikus mérnökség alkalmazása, a fermentáció optimalizálása, sok esetben pedig a hidrogén parciális nyomásának csökkentése segíthet a hatékonyság növelésében. Ez utóbbi megoldás gyakorlati alkalmazásával foglalkozik a rákövetkező fejezet is: bemutatják a biohidrogén koncentrálására alkalmas membrános műveleteket. Az igen komplex mérnöki feladatok közül kiemelik a membránok kiválasztását, az alkalmazott konfiguráció geometriáját és az optimális működtetési paraméterek meghatározását.

A könyv utolsó fejezete már a gyakorlati alkalmazással, a hidrogén üzemanyagcellákban történő felhasználásával foglakozik. A történeti áttekintést követően bemutatják az üzemanyagcellák felépítését, ismertetik a legfontosabb üzemanyagcella-típusokat, azok működését. Az utolsó rész az üzemanyagcellák járműipari vonatkozásaival foglakozik, kitérve az üzemanyagcellás és hibrid járművek felépítésére. A könyv már megvalósult járművek bemutatásával és kitekintéssel zárul.

A könyv hiánypótló munka, de erénye nem csak ez. A biohidrogén előállítása és alkalmazása feltételezi a különböző tudományterületek művelőinek szoros együttműködését és egymás gondolkodásmódjának megértését. A könyv szerkesztőjének sikerült ezeket az ismereteket úgy áttekinteni, hogy az segíti az egyes diszciplínák közti kommunikációt. A könyvet így hasznosan forgathatják biológusok, vegyész- és biomérnökök, elektronikai szakemberek, gépész- és járműmérnökök, egyetemi hallgatók és kutatók, de izgalmas olvasmány lehet laikusok számára is, akik csak egy alternatív energiahordozó sorsának alakulásával kívánnak megismerkedni. Ehhez valószínűleg meg kell majd venniük a következő, bővített kiadást is, mert nehezen képzelhető el, hogy ilyen fejlődési tendencia mellett az elért eredmények ne feszítsék szét a mostani könyv kereteit. (Bélafiné Bakó Katalin (szerk.): Biohidrogén. Veszprém: Pannon Egyetemi Kiadó, 2014, 108 p.)

(A kiadvány a Pannon Egyetem, TÁMOP-4.1.1.C-12/1/KONV-2012-0017 sz. Zöld Energia – Felsőoktatási ágazati együttműködés a zöld gazdaság fejlesztésére az energetika területén c. projekt támogatásával készült.)

Gubicza László

egyetemi tanár, Pannon Egyetem Mérnöki Kar