Разработка биотехнологического метода получения водорода из CO-содержащих газов

• Автор: Новиков, Андрей Александрович
• Шифр специальности: 05.17.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 116 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ.
Глава I. Анализ научнотехнической литературы, нормативнотехнической документации и других материалов, относящихся к методам получения водорода. .
1.1 Биологические методы получения водорода с использованием энергии света или органических субстратов

1.2 Получение водорода из СО и воды с помощью каталитических процессов.

1.3 Выделение водорода высокой чистоты из газовых смесей

1.4 Роль водорода в энергетике

1.5 Синтезгаз как сырье для получения водорода.

1.6 Анаэробные микроорганизмы, использующие монооксид углерода в качестве субстрата

1.6.1 Термофильные гомоацетатные бактерии, способные к росту за счет окисления СО.

1.6.2 Термофильные СОиспользующие метанобразующие археи

1.6.3 Термофильные СОиспользующие сульфатредуцирующие бактерии и археи.

1.7 Биохимия анаэробного окисления СО .
1.7.1 СОдегидрогеназа и ацетилКоАсинтаза.
1.7.2 i. ферментные комплексы .
1.7.3 Каталитический цикл окисления СО в активном центре СОдегидрогеназ.
1.8 Известные методы микробиологической переработки синтезгаза
Выводы по главе 1.
Глава 2 Экспериментальная часть. Методики проведения исследований
2.1 Методики выделения микроорганизмов из природных источников и культивирования их в статических условиях
2.2 Методики определения величины расхода газа и состава газообразных и жидких метаболитов микроорганизмов .
2.3 Световая микроскопия .
2.4 Электронная микроскопия .
2.5 Выделение и анализ ДНК.
2.6 Определение состава полярных липидов
2.7 Хроматомассспектрометрическое определение жирнокислотного состава клеток
2.8 Лабораторные установки
Выводы по главе 2.
Глава 3 Результаты и обсуждение экспериментальных исследований
3.1 Выделение новых микроорганизмов, являющихся биокатализаторами реакции водяного газа.
3.2 Исследование фенотипических и филогенетических характеристик выделенного штамма СОпотребляющих микроорганизмов
3.3 Исследование некоторых хемотаксономических характеристик выделенного штамма СОпотребляющих микроорганизмов.
3.4 Осуществление биотехнологического процесса получения водорода путем культивирования термофильных микроорганизмов в непрерывном режиме.
3.4.1 Ферментация монооксида углерода с помощью бактерий I на установке для культивирования термофильных карбоксидотрофных микроорганизмов в исполнении 1.
3.4.2 Ферментация монооксида углерода с помощью бактерий на установке для культивирования термофильных карбоксидотрофных микроорганизмов в исполнении 2.
3.4.3 Ферментация монооксида углерода с помощью бактерий
С. на установке для культивирования термофильных карбоксидотрофных микроорганизмов в исполнении
3.4.4 Ферментация монооксида углерода с помощью бактерий I
3.4.5 Ферментация модельной газовой смеси СО Н2 с помощью бактерий I9.
3.5 Исследование влияния заражения культуры на жирнокислотный состав
клеток СОпотребляющих микроорганизмов.
Выводы по главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ


Разработка методики контроля чистоты культуры микроорганизмов в условиях непрерывного культивирования в нестерильных условиях. Определение конверсии и производительности по водороду биореакторов барботажного типа. Проведение процесса микробиологического получения водорода в течение длительного времени для подтверждения стабильности культуры микроорганизмов. Научная новизна представленной работы заключается в исследовании микробиологически катализируемой реакции водяного газа в реакторах барботажного типа. Впервые определены зависимости конверсии и производительности по водороду от величины расхода газа для биореакторов барботажного типа с использованием различных штаммов микроорганизмов в качестве биокатализаторов. Выделен новый штамм микроорганизмов I9, являющийся биокатализатором реакции водяного газа и обладающий сопоставимыми с лучшими известными штаммами гидрогеногенных микроорганизмов скоростью роста и биокаталитической активностью. По результатам фенотипических и филогенетических исследований выделенный штамм микроорганизмов I9 отнесен к новому виду бактерий рода x. Впервые показана возможность продолжительной генерации водорода в лабораторной установке при использовании в качестве биокатализатора выделенного штамма микроорганизмов I9. Впервые определены хемотаксономические характеристики видов рода xi, применимые для экспрессидентификации представителей рода и для контроля чистоты культуры микроорганизмов. Публикации и апробация результатов работы. По материалам диссертации опубликовано 6 работ, в том числе 3 статьи в журналах, рекомендованных ВАК. Основные результаты исследований были представлены в докладах и презентациях на российских и международных научных конференциях XVI Международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых Ломоносов Москва, г. VIII Всероссийской конференции молодых ученых, специалистов и студентов Новые технологии в газовой промышленности. Благодарпости. Автор выражает глубокую признательность научному руководителю проф. В.А. Винокурову и д. Т.Г. Соколовой за постоянное внимание и большую помощь в работе и обсуждении результатов. Автор выражает искреннюю благодарность сотрудникам лаборатории гипертермофильных микробных сообществ ИНМИ РАН имени С. Н. Виноградского. Отдельную благодарность автор выражает к. Лебединскому за ценные советы и конструктивную критику. Искренняя благодарность всем коллегам, принимавшим участие в различных этапах работы к. Т.В. Колгановой Центр Биоинженерии РАН, д. I Диденко НИИЭМ им. Н.Ф. Гамалеи РАМН, к. О.В. Поповой, А. Бердыевой и Д. Шариповой РГУ нефти и газа имени И. М. Губкина. Отдельная благодарность асп. М.С. Котелеву, без которого эта работа не могла бы быть выполнена, за неоценимую помощь и поддержку. Работа выполнена при поддержке Федеральной Целевой Программы Научные и научнопедагогические кадры инновационной России на годы. Глава 1. К настоящему моменту известен ряд исследований в области биотехнологических методов получения водорода с использованием энергии света или доступных органических субстратов. Использование энергии монооксида углерода лежит в основе традиционных термокаталитических методов получения водорода реакция водяного газа. Кроме того, известны также попытки осуществления микробиологической реакции водяного газа, что является и целью настоящего исследования. Биологические методы получения водорода с использованием энергии света или органических субстратов. Все процессы протекают при участии водородпроизводящих ферментов, таких, как гидрогеназа и нитрогепаза. Каталитическими центрами нитрогеназы являются МоРеиротеин и Репротеин. АТФ аденозинтрифосфат, ЛДФ аденозиндифоефат и ф неорганический фосфат. Обратимые гидрогеназы способны катализировать как образование водорода, так и его потребление в зависимости от условий. Бенеман произвел оценку стоимости водорода, полученного прямым биофотолизом. Стоимость водорода составляет иБОГДж при условии, что капитальные затраты равны иБЭм3, а эффективность преобразования солнечной энергии 2.