Микробная переработка целлюлозосодержащего органического сырья в водород тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.02.03, кандидат биологических наук Садраддинова, Эльмира Рамиз-кызы

• Садраддинова, Эльмира Рамиз-кызы
• кандидат биологических наук
• 2010

Оглавление диссертации кандидат биологических наук Садраддинова, Эльмира Рамиз-кызы

ВВЕДЕНИЕ.:.

1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

1.1 Сравнение современных технологий получения водорода.

1.2 Сырье, используемое при биологическом пути получения водорода.

1.3 Структура и свойства целлюлозы.

1.4 Образование водорода фототрофными микроорганизмами.

1.5 Биореакторы, мембранные системы сепарации газов.

2 МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ.

3 РЕЗУЛЬТАТЫ.

3.1 Разработка процесса термофильного сбраживания целлюлозы с образованием водорода.

3.1.1 Поиск и выделение микроорганизмов-продуцентов водорода, способных эффективно разлагать целлюлозо содержащее органическое сырье в анаэробных термофильных условиях.

3.1.2 Изучение морфологии выделенных сообществ.

3.1.3 Изучение роста и образования водорода выделенными сообществами при различных условиях культивирования.

3.1.4 Исследование состава выделенных сообществ с помощью метода DGGE.

3.1.5 Выделение чистых культур водород образующих микроорганизмов.

3.2 Фототрофная мезофильная стадия ферментации продуктов анаэробного разложения целлюлозы.

3.2.1 Изучение свойств биокатализатора на основе иммобилизованных клеток пурпурных бактерий Rb. capsulatus BIO.

3.2.2 Изучение процесса образования водорода иммобилизованными клетками пурпурных бактерий Rb. capsulatus В10 в условиях периодического и проточного культивирования.

3.3 Разработка мембранных систем сепарации газов.

3.3.1 Подбор и изучение свойств мембран.

3.3.2 Мембранная биореакторная система удаления водорода из среды ферментации.

4 ОБСУЖДЕНИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ.

5 ВЫВОДЫ.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Микробная переработка целлюлозосодержащего органического сырья в водород»

На сегодняшний день одной из глобальных проблем для человечества является поиск новых альтернативных источников энергии, так как современные способы получения необходимой энергии путем переработки горючих полезных ископаемых (нефть, газ, каменный уголь) становятся все более неэкономичными и приводят к серьезному загрязнению окружающей среды, а цены на топливо неизбежно растут. Следовательно, становятся актуальными исследования, связанные с поиском и разработкой новых энергетических технологий, таких, как получение энергии с помощью возобновляемых источников (солнечная, энергия ветра, воды и т.д.). Одним из перспективных направлений в этой области является получение энергии путем сжигания водорода.

По оценкам экспертов, водород является весьма перспективным экологически чистым топливом будущего. Выбор водорода как энергоносителя определяется не только его исключительно высокой теплотой сгорания, но и практически неисчерпаемыми запасами сырья (нефть, природный газ, сахара растительного происхождения, вода). Но реализация водородной энергетики связана, в первую очередь, с поиском экономичных способов получения водорода. Многообещающими методами получения водорода становятся микробиологические. В связи с этим появился даже специальный термин — «биоводород», которым называют водород, полученный биологическим путем (т.е. с помощью микроорганизмов, например, бактерий). Исследования, посвященные получению' биоводорода, направлены на использование в качестве исходного сырья целлюлозосодержащих отходов (опилок, стружки, травяных остатков), которые легко превращаются в сахара. В этом случае также решается проблема утилизации отходов, количество которых неизбежно возрастает.

В последние 10 — 15 лет биоэнергетика стала самостоятельной отраслью Большой энергетики, и во всем мире, включая Россию, ведутся активные исследования в области получения альтернативных источников энергии, в частности водорода, с помощью микроорганизмов. Исходя из вышеизложенного, исследования, посвященные поискам и разработкам систем получения топливного водорода с помощью микроорганизмов из возобновляемых растительных отходов (целлюлозы), следует считать крайне актуальными и своевременными.

1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Сравнение технологий получения водорода.

1.1.1. Производство водорода из ископаемого сырья.

Основное производство водорода в настоящее время осуществляется путем парового реформинга природного газа. К примеру, в США таким способом получают 90% от общего объема производства водорода. Паровой реформинг часто используют при получении водорода из лёгких фракций углеводородов и сырой нефти. Для переработки более тяжёлых фракций, к примеру, тяжёлой нефти, наиболее часто используется метод частичного окисления (Рас1го et а1.,1999).

Процесс парового реформинга включает эндотермичную реакцию реформинга, которая представляет собой конверсию углеводородов в водород и моноокись углерода, и следующую за ней экзотермичную реакцию водно-газового замещения в течение которой, монооксид углерода обрабатывается паром, образуя при этом ещё водород и превращаясь в диоксид углерода (Ве^тап, 2007).

Реакции реформинга (Аншиц и Воскресенская 1999):

СН4 + Н20 ->СО + ЗН2 ДНг = + 205 кДж/моль

СО + Н20 С02 + Н2 ДНг = - 41 кДж/моль

Суммарная реакция

СН4 + 2 Н20 С02 + 4 Н2 ДНг = - 197 кДж/моль

Кроме того, необходимы и вспомогательные процессы, которые обычно включают возврат тепла и производство пара, извлечение получаемого водорода. Катализаторы, используемые в процессе парового реформинга очень чувствительны к содержанию серных примесей в газах. Для предотвращения отравления катализатора, предварительно должен быть проведён процесс десульфуризации сырья (Аншиц и Воскресенская 1999).

Кроме метана, и другие лёгкие углеводороды могут быть также использованы как сырьё для парового реформинга. В этом случае, как и в случае использования природного газа с высоким содержанием тяжёлых фракций углеводородов и сырой нефти, рекомендуется проводить процесс пре-реформинга, для улучшения производительности завода и экономически целесообразного использования ресурсов:

С2Н6 + Н20 —> СН4 + СО + 2 Н2 ДНг = +265 кДж/моль Одним из распространенных промышленных процессов • получения водорода также является и частичное окисление углеводородов. Оно идёт по пути некаталитического эндотермичного превращения тяжёлых фракций (например, остаточных углеводородов после 4 обработки сырой нефти) посредством' окисления кислородом в синтез-газ с высоким содержанием СО. Общая реакция, включающая несколько подреакций, приведена в виде уравнения (Гамбург и Семенов, 1989):

СпНт + п/2 02 —> п СО + т/2 Н2

В случае использования метана:

СН4 + 'Л 02 СО + 2 Н2 ДНГ = -36 кДж/моль

Для частичного окисления можно использовать разное сырьё. Десульфуризация и пре-реформинг в этом случае не требуются. Частичное окисление следует применять, когда используется дешёвый кислород и тяжелые фракции углеводородов (отходы нефтеперегонных заводов). Реакции проходят при температурах 1300-1400°С (Раёго е1 а1.,1999).

Крупномасштабное производство водорода посредством технологии парового реформинга заметно дешевле и привлекательнее из-за своей эффективности и стоимости. Типичный завод, использующий этот метод производит свыше 100 ООО м3/ч водорода. Однако, если применяются устаревшие низкоэффективные технологии, то производство будет много меньше, при этом стоимость водорода увеличится, а эффективность производства уменьшится (На^^ет, 2003).

Небольшие производства отвечают требованиям рынка, который зачастую заинтересован в малых количествах водорода.

1. Электролиз используется довольно часто, если требуется высокая чистота л водорода. Это процесс при котором производится водород с мощностью до 1 м /ч. Эффективность процесса колеблется в пределах от 65 до 75%.

С технической точки зрения различают 3 вида электролиза:

• щелочной электролиз (раствор щелочного электролита, 80°С);

• мембранный электролиз (протон-проницаемая мембрана, 80°С);

• паровой электролиз (керамическая мембрана содержащая ион кислорода, 650-1000°С).Наиболее часто применяют щелочной электролиз (ОаИисы, 2006).

Обычно электролиз проводят при нормальных внешних условиях. Но процесс может быть проведён и при высоком давлении (до 30 бар), это даёт преимущество, когда получаемый водород нужно сохранять под давлением. Получаемые газы собирают раздельно, однако они не являются полностью свободными от примесей. Кроме того, они насыщены парами воды. Большинство электролитических систем уже включают модули, которые позволяют удалять йз водорода пары воды. Как правило, электролиз воды позволяет получать водород с чистотой между 99,9 — 99,9998 объёмных %, в зависимости от использованных электролитических систем (ваИиссь 2006).

2. Водород может быть получен и путём разложения метанола. Эндотермичное разложении происходит при температуре более 700°С без катализатора, или при 350 - 450°С на сплавах, медно-никелевом или цинк-хромовом (Рас1го е! а1.,1999).

Высокий выход водорода достигается путём каталитического парового реформинга метанола. Применение катализатора и низкая температура процесса даёт ряд преимуществ, в сравнение с реформингом метана. Процесс начинается с разложения метанола, затем следует реакция водно-газового замещения. Процесс парового реформинга метанола проходит при температуре 250 - 300 °С и давлении приблизительно в 25 бар. СНзОН —> СО + 2 Н2 АНГ - + 91 кДж/моль

СО + Н20 -> С02 + Н2 ДНГ = - 41 кДж/моль

Суммарная реакция

СНзОН + Н20 С02 + 3 Н2 ДНГ= + 50 кДж/моль Автотермальный реформинг (АР) метанола совершается в схожих условиях с паровым реформингом. В течение АР, метанол преобразуется в водород в присутствии катализатора с кислородом и паром при температуре 250 - 330 °С и давлении 20 бар. Реакция водно-газового замещения используется для понижения концентрации СО и увеличения выхода Н2 (Рас1го ег а!.,1999):

СНзОН + 0,5 02 -> 2 Н2 + СО + СН4 СНзОН + Н20 -> С02 + 3 н2 СН4 + 0,5 02 -»• н2 + СО Процесс реформинга метанола постоянно совершенствуется. В дальнейшем планируется применять его в интеграции с топливными элементами.

Различия между крупномасштабными и малыми производствами водорода приведены в таблице 1. Несмотря на то, что основную долю производств на сегодняшний день составляют крупномасштабные производства, в процессе развития данной отрасли промышленности всё более интересными становятся небольшие производства (Раёго е1 а1.,1999).

Основной проблемой при использовании водорода является его транспортировка от крупномасштабных производств к потребителям. В ЕС и в США существуют сети трубопроводов. Подобные трубопроводы, как правило, объединяют небольшое число крупных заводов со всеми потребителями водорода. Обычно длина их составляет несколько сотен километров. Например, сеть трубопроводов в Руре объединяет север Франции, Бельгию и Нидерланды (www.abengoabioenergy.com, 2008).

Таблица 1.

Производственные мощности продукции водорода.

Мощность, млн. м /день

Технология

Паровой реформинг природного газа (крупномасштабное производство)

Частичное окисление нефти

Газификация угля

Паровой реформинг природного газа (маломасштабное производство)

Плазменный реформинг

Улучшенный сорбционный реформинг

Мембранный реформинг

Крекинг природного газа

Потребители могут получать водород и при помощи грузового автотранспорта. Грузовики, транспортирующие жидкий водород, могут перемещать достаточно большое количество водорода. Однако, для производства жидкого водорода затрачивается много энергии и средств, что объясняет дороговизну продукта. Газообразный водород транспортируется только в небольших количествах. Даже при высоком давлении, плотность водорода будет столь низка, что его вес будет составлять только 2% от веса транспортного средства, при этом стоимость транспортировки резко повышается (www.abengoabioenergy.com, 2008). 1.1.2 Производство водорода из биомассы

Биохимическое превращение биомассы в природе в основном описывается сложной системой биохимических реакций. Примерами могут являться суммарные реакции процессов: окисления воды: 2 НгО + свет —* 2 Н2 + О2 (1) фотосинтеза: 6 С02 + 6 Н20 + свет С6Н1206 + 6 02 (2) темнового брожения: С6Н1206 + 2 Н20 2 СН3СООН + 4 Н2 + 2 С02 (3) фотоброжения: СН3СООН + 2 Н20 + свет 4 Н2 + 2 С02 (4) метаногенеза: СН3СООН —> СН4 + С02 (5)

Зеленые водоросли могут разделить воду на водород и кислород с помощью световой энергии по реакции [1] (Levin et al., 2004) Они осуществляют так называемый оксигенный фотосинтез (рис. 1). Он может быть охарактеризован двумя различными фазами. Первая фаза - реакция на свету. Результат световой фазы реакции — трансмембранный градиент протонов и выделение кислорода. Для этого существует две фотосинтетические системы -фотосистема I и фотосистема И. Реакционный центр фотосистемы II (ФС II), Р680 поглощает свет. Это вызывает расщепление воды на кислород, протоны и электроны. Электроны перемещаются в фотосистему I (ФС1). Реакционный центр системы, Р700, является акцептором электронов. Вторая фаза - темновая реакция. Электроны, высвободившиеся в результате световой фазы реакции, используются при образовании водорода. Ферментами, отвечающими за катализ реакции образования водорода, выступают гидрогеназы (Akkerman et al., 2002).

Рисунок 1. Схема биофотолиза для фототрофных микроорганизмов.

Существенным недостатком процесса является высокая чувствительность гидрогеназ к кислороду. Эффективность преобразования световой энергии в водород очень низка, всего 1,5%. Однако, этот показатель можно увеличить до 3-10% при непрерывном удалении кислорода из среды (Akkerman et al., 2002, Hallenbeck and Benemann, 2002)

Непрямой биофотолиз является вариантом прямого процесса. Этот процесс разделяет стадии выделения кислорода и водорода, как в пространстве, так и во времени, во избежание кислородного ингибирования. Непрямой биофотолиз осуществляют цианобактерии, фототрофные прокариоты. Они являются предпочтительными для производства водорода, так как характеризуются минимальными требованиями к субстрату (Hallenbeck and 8

Benemann, 2002, Levin et al., 2004).

Общий пространственно разделенный механизм производства водорода может быть отражен в виде следующих реакций:

2 Н2О + 6 С02 + световая энергия —> Н^Об + б О2 СбН12Об + 12Н20 + энергия света 12 Н2 + б С02

Таким образом, непрямой биофотолиз включает в себя два этапа. На первом этапе диоксид углерода в процессе фотосинтеза трансформируется в углеводы. Второй этап представляет собой сочетание темнового брожения и фото-ферментации. При темновом брожения углеводы преобразуются в ацетат и двуокись углерода в анаэробных условиях в темноте (СбН]20б + 2Н20 -> 4Н2 + 2СН3 СООН + 2С02). После этого, уксусная кислота полностью превращается в водород и углекислый газ в анаэробных условиях фотоброжением (Akkerman et al., 2002, Hallenbeck and Benemann, 2002, Levin et al., 2004).:

2CH3COOH + 4H20 + энергия света 8H2 + 4C02

Цианобактерии обладют несколькими ферментами, непосредственно участвующими в метаболизме и синтезе водорода. К ним относятся нитрогеназы, которые катализируют образование водорода восстановлением азота до аммиака и гидрогеназы, которые обладают способностью обратимо катализировать окисление водорода (Levin et al., 2004, Yu and Takahashi, 2007).

Фото-ферментация. Фото синтезирующие бактерии, такие как пурпурные серные бактерии, способны осуществлять аноксигенный фотосинтез (рис. 2). Эти бактерии образуют водород при помощи нитрогеназы с использованием энергии света из простых органических кислот. Фотосинтетический аппарат пурпурных бактерий состоит только из одной фотосистемы, реакционный центр которой похож на таковой в фотосистеме И. Однако, эта фотосистема не является достаточно мощной для расщепления молекулы воды и потому, пурпурные бактерии не образуют кислород (Reith et al., 2003). Реакционный центр фотосистемы (Р 870), поглощает свет и облегчает перенос электронов через серию электронных переносчиков, таких как хиноны (Q) и цитохромный комплекс (Cyt). Электроны высвобождаются в результате окисления органических кислот, которые попадают в цикл лимонной кислоты, где окисляются до двуокиси углерода, протонов и электронов. Параллельно при электронном переносе на мембранах создается градиент протонов, который используется АТФ-синтазой для образования АТФ. Далее электроны с АТФ перебрасываются через ферредоскин на нитрогеназу. В отсутствии азота нитрогенана способна восстанавливать протоны до водорода за счет энергии АТФ.

Рисунок 2. Схема механизма фотоброжения фотосинтезирующих бактерий (Akkerman et al„ 2002).

Широкий спектр бактерий (облигатных или факультативных анаэробов) способен конвертировать органические вещества в водород, диоксид углерода и метаболиты, такие как ацетат, лактат, этанол и др. Этот процесс не требует энергии света. Разложение комплексных соединений получается неполным, и в результате образуются органические кислоты и спирты (Hallenbeck and Benemann, 2002).

Для большинства анаэробных водородобразующих микроорганизмов характерно сбраживание Сахаров, приводящее практически к образованию только одного конечного продукта — уксусной кислоты (гомоацетатное брожение); из 1 молекулы сбраживаемой гексозы синтезируется 3 молекулы ацетата. Процесс начинается с превращения глюкозы в пируват и АТФ. Электроны с ферредоксина могут переноситься далее на НАД+ или на Н+, что приводит в последнем случае к выделению Н2 (Redwood, 2008).

Глюкоза — легко расщепляемый биологический источник углерода, присутствующий в большинстве промышленных сточных вод. Она может быть получена из избытка отходов сельскохозяйственного производства. Биоконверсия 1 моля глюкозы в ацетат позволяет получить до 4 моль водорода/моль глюкозы. Как правило, количество образованного водорода получается ниже максимальных значений в связи с образованием биомассы. На самом деле, производство водорода путем брожения - трата энергии на бактериальный

10 метаболизм, потому разработаны механизмы для утилизации выделяющегося водорода в клетках. Теоретически, до 33% электронов, содержащихся в сахарах может пойти на производство водорода, при этом, по меньшей мере 66% электронов из субстрата тратятся на образование промежуточных продуктов (органических кислот, Redwood, 2008).

Процесс темнового брожения имеет несколько преимуществ. Бактерии «бродилыцики» имеют очень высокий потенциал к образованию водорода. Кроме того, процесс не требует освещения и может проходить непрерывно, в течение длительного времени. В результате образуется не только водород, но и промежуточные метаболиты, такие как уксусная кислота, также находящие широкое применение. Для процесса могут быть использованы различные субстраты, такие как отходы сельского хозяйства и пищевой промышленности, сточные воды и т.д. Ферментативное выделение водорода является выгодным, по сравнению с фотохимическим выделением водорода микроорганизмами. Однако по мере увеличения парциального давления водорода, количество образованного водорода уменьшается и происходит сдвиг в сторону получения промежуточных продуктов, таких как молочная кислота, этиловый спирт, ацетон, бутанол и др. Другим недостатком является выделение С02, который должен быть удален из полученной газовой смеси (Claassen and de Vrije, 2006; Redwood, 2008)

Мощность. Диапазон мощностей для различных технологий производства водорода приведён в таблице 2 (Hemmes et al., 2003; Schnitzhofer et al., 2008).

Таблица 2.

Сравнение производственных мощностей образования водорода

----Мощность, млн. м3/день Технология ------- 0,01-0,03 0,03-0,1 0,1-0,3 0,3-1 1-3

Газификация биомассы

Пиролиз нефти шшшш

Суперкритичная газификация воды ШШШ

Анаэробное сбраживание a s - " - - . V . - ■- ■•'-Д

Темновая ферментация + метаногенез - г.,:;.

Темновая ферментация + фотоферментация -у- . ,4„ ш^шшш

Фотоферментация .

Прямой биофотолиз

Непрямой биофотолиз t. ^ШШШЯШшШШШт

Очевидно, что термохимические процессы обычно пригодны для крупномасштабного производства водорода, в то время как биохимические технологии желательно применять для небольших производств, за исключением прямого/непрямого биофотолизов. Существует перспектива внедрения биофотолиза на заводах большой мощности, но процесс был отработан только на лабораторных установках.

Заключение диссертации по теме «Микробиология», Садраддинова, Эльмира Рамиз-кызы

выводы

1. Выделены активные микробные консорциумы и чистые культуры микроорганизмов, разлагающие целлюлозу в термофильных условиях (65-70° С) с образованием водорода и жирных кислот, в основном лактата и ацетата.

2. Показана возможность использования иммобилизованных клеток несерных пурпурных фототрофных бактерий для активной переработки продуктов разложения целлюлозы (смеси лактата и ацетата), образованных в темновой стадии, в водород и диоксид углерода.

3. Впервые показана возможность использования полимерных мембран на границе раздела фаз (газ/жидкость) для непрерывного извлечения водорода из термофильной среды ферментации.

4. Показана принципиальная возможность объединения процесса термофильного разложения целлюлозы водородобразующими сообществами с участием фототрофных несерных бактерий с узлом мембранной сепарации водорода из культуралыюй жидкости.

Список литературы диссертационного исследования кандидат биологических наук Садраддинова, Эльмира Рамиз-кызы, 2010 год

1. Аншиц А. Г., Воскресенская Е. Н., 1999. Окислительная конденсация метана новый процесс переработки природного газа. Соросовский Образовательный Журнал 2: 15-21

2. Будаева В.В., Митрофанов Р.Ю., Золотухин В.Н., 2008. Исследование ферментативного гидролиза отходов переработки злаков. Ползуновский вестник №3.

3. Варфоломеев С.Д., Гоготов И.Н., Тоай Ч.Д., Бачурин С.О., 1978. Исследование стационарной кинетики катализа гидрогеназой из Thiocapsa го^еорегл'/сша.-Молекулярная биология. 12:63-71.

4. Волков В.В., Фадеев А.Г., Хотимский B.C., Бузин О.И., Цодиков М.В., Яндиева Ф.А., Моисеев И.И., 2003. Экологически чистое топливо из биомассы. Рос. хим. ж.,, t.XLVII, № 6, с. 71-82.

5. Гасанова Л.Г., 2007. Интегрированные мембранные биореакторные системы для получения горючих газов. Автореферат кандидатской диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук. ИНХС РАН, с. 184.

6. Гамбург Д.Ю., Семенов В.П.,1989. Водород. Свойства, получение, хранение, транспортирование, применение. М.: Химия.

7. Гребенчикова И.А., Ручай Н.С., Маркевич P.M., Гриц Н.В., 2002. Очистка сточной воды гидролизного производства в анаэробных биореакторах. Биотехнология. 4:70-79.

8. Гурвич В.И., Лифшиц А.Б., 1994. Добыча и утилизация свалочного газа (СГ) -самостоятельная отрасль мировой индустрии. 8 с.

9. Дытнерский Ю.И., Брыков В.П., Каграманов Г.Г.,1991. Мембранное разделение газов. М.: Химия, 344 с.

10. Зотова H.A., 2004. Образование водорода свободными и иммобилизованными клетками пурпурных бактерий. Дипломная работа. М.: МГУ. 56 с.

11. Заварзин Г.А., Колотилова H.H., 2001. Введение в природоведческую микробиологию. М.: Книжный дом «Университет», с. 192-210.

12. Заварзин Г.А., 2002. Роль комбинаторных событий в развитии биоразнообразия. Природа 1: 12-19.

13. Имшнецкий A.A., 1953. Микробиология целлюлозы. Академия наук СССР. с. 170-222.

14. Клесов A.A., 1983. Ферментативное превращение целлюлозы. М;: Итоги науки и техники. Сер. Биотехнол. с. 63-150.

15. Клесов A.A., 1986. Ферменты превращения целлюлозы. М.: Проблемы биоконверсии растительного сырья, с. 95-136.

16. Кондратьева E.H., Гоготов И.Н., 1981. Молекулярный водород в метаболизме микроорганизмов. М.: Наука. 344 с.

17. Кондратьева E.H., Максимова И.В., Самуилов В.Д., 1989. Фототрофные микроорганизмы. М.: МГУ. 376 с.

18. Кондратьева E.H., 1996. Автотрофные прокариоты. М.: Изд-во МГУ. с. 16-159.

19. Кощеенко К.А., 1989. Иммобилизованные клетки микроорганизмов и их применение. В кн.: Промышленная микробиология (под ред. Егорова Н.С.), М., Высшая школа, с.216-236.

20. Лобанок А.Г., Бабицкая В.Г., Богдановская Ж.Н., 1988. Микробный синтез на основе целлюлозы. Минск: Изд-во Наука и техника, с. 3-54.

21. Митрофанова Т.И., 1995. Свойства новых штаммов термофильных анаэробных бактерий. Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук. МГУ. с. 115.

22. Нетрусов А.И., Бонч-Осмоловская Е.А., Горленко В.М., Иванов М.В., Каравайко Г.И., Кожевин П.А., Колотилова H.H., Котова И.Б., Максимов В.Н., Ножевникова А.Н., Семенов A.M., Турова Т.П., Юдина Т.Г., 2004. Экология микроорганизмов. Изд. Академия 272 с.

23. Нетрусов А.И., Котова И.Б., 2006. Микробиология. Академия, с. 102-115.

24. Панцхава Е.С., 1989. Получение газообразного и жидкого топлива ( под ред. Егорова Н.С.), М., Высшая школа, с. 617-634.

25. Перевалова Т. М., Комарова JI. Ф., 1998. Изучение свойств нового полимера для создания экологически чистой технологии обезвреживания производственных сточных вод. Химия растительного сырья. 1998. № 3: 65-74.

26. Пинчук Л.С., 1998. Многофункциональные фильтры на основе полимеров. Технологическое оборудование и материалы. 3:30-34,

27. Рабинович М.Л., Мельник М.С., 2000. Прогресс в изучении целлюлолитических ферментов и механизм биодеградации высокоупорядоченных форм целлюлозы. Успехи биологической химии, т. 40, с. 205—266

28. Роджерс К., 1968. Растворимость и диффузия, в сб. Проблемы физики и химии твердого состояния органических соединений. — М.: Мир, с.229.

29. Самуилов В.Д., Олескин A.B., 1994. Получение водорода и биофотолиз воды. В кн.: Технологическая биоэнергетика. М., Изд-во МГУ. с. 93-101.

30. Садраддинова Э.Р., Зотова Н.А., Ефременко Е.Н., Нетрусов А.И. "Биокатализатор на основе иммобилизованных клеток фототрофных бактерий-для получения водорода" Патент РФ на изобретение № 2323975 (10.05.2008), Бюл. № 13, приоритет от 28.08.2006.

31. Скляр В.И., 1987. Биокаталитические системы получения водорода и метана. Автореферат кандидатской диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук. МГУ. 145 с.

32. Синицын А.П., Гусаков А.В., Черноглазов В.М., 1995. Биоконсервация лигноцеллюлозных материалов. М.: Издательство Московского университета, с. 7-91.

33. Федоров А.С., 2002. Регуляция нитрогеназной активности и фотообразование водорода у пурпурных несерных бактерий. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук. МГУ. 158 с.

34. Хорлин А.Я., 1974. Активные центры карбогидраз. М.: Структура и функции активных центров ферментов, с. 39-69

35. Швыдкий B.C., Ладыгичев М.Г., 2002. Очистка газов. Справочное издание. М.: Теплоэнергетик, с. 640

36. Шереметьева М.Е., 2003. Метаболизм молекулярного водорода у одноклеточных цианобактерий. Автореферат диссертации на соискании ученой степени кандидата биологических наук. МГУ. 141 с.

37. Шлегель Г., 1987. Общая микробиология. М., Мир. 512 с.

38. Abengoa Bioenergy, 2008. http://www.abengoabioenergy.com

39. Akkerman I, Janssen M, Rocha J, Wijffels RH, 2002. Photobiological hydrogen production: photochemical efficiency and bioreactor design. International Journal of Hydrogen Energy. 27:1195-1208.

40. Appel J., Phunpruch S., Steinmiiller K., Schulz R., 2000. The bidirectional hydrogenase of Synechocystis sp. PCC 6803 works as an electron valve during photosynthesis. Arch. Microbiol., 173:333-338.

41. Avgerinos G. C., Wang D. I. C., 1983. Selective solvent delignification for fermentation enhancement. Biotechnol. Bioeng. 25:67-83.

42. Ballantine, S., Boxer. D., 1985. Nickel-containing hydrogenase isoenzymes from anaerobically grown Escherichia coli K-12. J. Bacteriol. 163:454-459.

43. Bergmair, J.; Weran, N.; Oberschachtsiek, B.; Roes, J., 2007. Development of aBiogas Reformer for Production of Hydrogen for PEM Fuel Cells, EU Hydrogen and Fuel Cell Technical Review Days, Brussels

44. Bothun G. D., Berberich J. A., Knutson B. L., Strobel H. J., Nokes S. E., 2004. Metabolic selectivity and growth of Clostridium thermocellum in continuous culture under elevated hydrostatic pressure. Appl. Microbiol. Biotechnol., 65, 149-157

45. Bounaceur R., Lape N., Roizard D., Vallieres C., Favre E., 2006. Membrane processes for post-combustion carbon dioxide capture: A parametric study. Energy. 31(14):2556-2570

46. Bredholt S., Sonne-Hansen J., Nielsen P., Mathrani I. M., Ahring B. K., 1999. Caldicellulosiruptor kristjanssonii sp. nov., a cellulolytic, extremely thermophilic, anaerobic bacterium, Int. J. Syst. Bacteriol., 49, 991-996.

47. Cammack R., Fernandez V.M., Hatchikian E., 1994. Nickel-iron hydrogenases. Methods Enzymol. 243:43-68.

48. Cassidy M., Lee H., Trevors J., 1996. Environmental applications of immobilized microbial cells: review. J. Industrial Microbial. 16:79-101.

49. Claassen P. A.M., de Vrije T.,2006. Non-thermal production of pure hydrogen from biomass: H YVOLUTION. International Journal of Hydrogen Energy, 2006. 31: p. 1416-1423.

50. Crank J., Park H. Diffusion in polymers, 1968. Acad. Press., p. 414, p. 568.

51. Das D., Veziroglu N., 2001. Hydrogen production by biological processes: a survey of literature. Int. J. Hydrogen Energy, 26: 13-28.

52. Erbes D., King D. 1979. Inactivation of hydrogenase in cell-free extracts and whole cells of Chlamydomonas reinhardii by oxygen. Plant Physiol. 63:1138-1147.

53. Eroglu E.; Eroglu, I.; Giindiiz, U.; Turker, L.; Yucel, M., 2006 . Biological hydrogen production from olive mill wastewater with two-stage processes. International Journal of Hydrogen Energy 31: 1527-1535

54. Gallucci F.; Comite A.; Capannelli G.; Basile A. Ind. Eng. Chem. Res., 45 (2006) 2994-3000

55. Gelhaye E., Petitdemange H., Gay R., 1993. Adhesion and growth rate of Clostridium cellulolyticum ATCC 35319 on crystalline cellulose. J. Bacteriol. 175:3452-3458.

56. Gogotov I., 1978. Relationships in hydrogen metabolism between hydrogenase and nitrogenase in phototrophic bacteria. Biochimie. 60:267-75.

57. Gogotov I., 1986. Hydrogenases of phototrophic microorganisms. Biochimie. 68:181-7.

58. Gottschalk G., Andreesen I., 1979. Energy metabolism in anaerobes. In: Microbial Biochemistry. Ed. J. R. Quayle. Baltimore: Univ. park press. 85 p.

59. Guedon E., S. Payot, M. Desvaux, H. Petitdemange. 1999. Carbon and electron flow in Clostridium cellulolyticum grown in chemostat culture on synthetic medium. J. Bacteriol. 181:3262-3269.

60. Hallenbeck P. C., Benemann J.R., 2002. Biological hydrogen production; fundamentals and limiting processes. International Journal of Hydrogen Energy. 27:1185-1193

61. Hartstein, A. Hydrogen Production from Natural Gas. June 2, 2003 at the Hydrogen Coordination Meeting.

62. He D., Bultel Y., Magnin J., Willison J., 2006. Kinetic analysis of photosynthetic growth and photohydrogen production of two strains of Rhodobacter capsulatus. Enzyme and Microbial Technol. 38: 253-259.

63. Horvath R., Orosz T., Balint B., Wessling M., Koops G.H. Kapantaidakis G.C., Belafi-Bako K., 2004. Application of gas separation to recover biohydrogen produced by Thiocapsa roseopersicina. Desalination, 163, p. 261-265.

64. Islam R., Cicek N., Sparling R., Levin D., 2006. Effect of substrate loading on hydrogen production during anaerobic fermentation by Clostridium thermocellum 27405, Appl. Microbiol. Biotechnol., 72, 576-83.

65. Jacobi A., Rossmann R., Bock A., 1992. The hyp operon gene products are required for the maturation of catalytically active hydrogenase isoenzymes in Escherichia coli. Arch. Microbiol. 158:444-451.

66. Karin G., Wierzba I., Al-Alousi Y., 1996. Methane-hydrogen mixtures as fuels. Int. J. Hydrogen Energy, 21:625-631.

67. Kars, G.; Gunduz, U.; Rakhely, G.; Yiicel, M.; Eroglu, I.; Kovacs, K.L, 2008. Improved hydrogen production by uptake hydrogenase deficient mutant strain of Rhodobacter sphaeroides O.U.OOl. Int. J. Hydrogen Energy 33: 3056 3060

68. Kataoka N., Miya A., Kiriyama K., 1997. Studies on hydrogen production by continuous culture system of hydrogen producing anaerobic bacteria. Water. Sci. Technol. 36:41-47.

69. Kengen S, Heleen M., Goorissen P., Verhaart M., Stams A., 2009. Biological Hydrogen Production by Anaerobic Microorganisms. John Wiley & Sons Ltd. p. 198-214.

70. Kim J., Rees D., 1992. Structural models for the metal centers in the nitrogenase molybdenum-iron protein. Science. 257:1677-82.

71. Kumar N., Das D., 2000. Enhancement of hydrogen production by Enterobacter cloacae IIT-BT 08. Process. Biochem. 35:589-593.

72. Kumar N., Ghosh A., Das D., 2001. Redirection of biochemical pathways for the enhancement of H2production by Enterobacter cloacae. Biotechnol. Lett. 23:537-541.

73. Kujawski W., 2000. Application of Pervaporation and Vapor Permeation in Environmental Protection. Polish Journal of Environmental Studies, 9 (1): 13-26

74. Lamed R., Zeikus G., 1980. Ethanol production by thermophilic bacteria: relationship between fermentation product yields of catabolic enzyme activities in Clostridium thermocellum, J. Bacteriol. p. 144, 569-578.

75. Lamed R. J., Lobos J. H., Su T. M., 1988. Effects of stirring and hydrogen on fermentation products of Clostridium thermocellum, Appl. Environ. Microbiol., 54, 1216-1221.

76. Lee K., Wu J., Lo Y., Lo Y-C., Lin P., Chang J., 2004. Anaerobic hydrogen production with an efficient carrier-induced granular sludge bed bioreactor. Biotechnol. and Bioeng. 87(5): 129-138

77. Lee S.C., Choi B.Y., Lee T.J., Ryu C.K., Ahn Y.S., Kim J.C., 2006. C02 absorption and regeneration of alkali metal-based solid sorbents. Catalysis Today. lll(3-4):385-390

78. Levin D., Pitt L, Love M., 2004. Biohydrogen production: prospects and limitations to practical Biohydrogen application. Int. J. Hydrogen Energy. 29:173-185.

79. Liang T.-M., Cheng S.-S., Wu K.-L., 2002. Behavioral study on hydrogen fermentation reactor installed with silicone rubber membrane. Int. J. Hydrogen Energy 27: 1157-1165.

80. Ludden P., Roberts G., 1995. The biochemistry and genetics of nitrogen fixation by photosynthetic bacteria. In Blankenship, Madigan, Bauer (eds): Anoxygenic photosynthetic bacteria. Kluwer Academic publishers. Netherlands.p.921-947.

81. Lutz, S., Jacobi A., Schlensog V., Bolim R., Sawers G., Bock A., 1991. Molecular characterization of an operon (hyp) necessary for the activity of the three hydrogenase isoenzymes in Escherichia coli. Mol. Microbiol.5:123-135.

82. Lynd, L. R., Wyman C. E., Gerngross T. U., 1999. Biocommodity engineering. Biotechnol. Prog. 15:777-793

83. Magalon A., and Bock A., 2000. Analysis of the HypC-HycE complex, a key intermediate in the assembly of the metal center of the Escherichia coli hydrogenase 3. J. Biol. Chem. 275:2111421120.

84. Maier T. Bock. A., 1996. Nickel incorporation into hydrogenases. Appl. Env. Microbiol. 65:173-192.

85. Maroti G., Fodor B., Rakhely G., Kovacs A., Arvani S., Kovacs K., 2003. Accessory proteins functioning selectively and pleiotropically in the biosynthesis of NiFe. hydrogenases in Thiocapsa roseopersicina. Eur J Biochem 270: 2218-2227.

86. Mahyudin A., Furutani Y., Nakashimada Y., Kakizono T., Nishio, 1997. Enhanced hydrogen production in altered mixed acid fermentation of glucose by Enterobacter aerogenes. J Ferm. Bioeng. 83(4):358-363.

87. Miller, T. L. 1978. The pathway of formation of acetate and succinate from pyruvate by Bacteroides succinogenes. Arch. Microbiol. 117:145-152.

88. Mizuno O., Dinsdale R., Hawkes F., Hawkes D., Noike T., 2000. Enhancement of hydrogen production from glucose by nitrogen gas sparging. Bioresour. Technol. 73:59-65.

89. Nath K., Das D., 2004. Improvement of fermentative hydrogen production: various approaches. Appl. Microbiol. Biotechnol. 65: 520-529.

90. Nandi R., Sengupta S., 1998. Microbial production of hydrogen: an overview. Crit. Rev. Microbiol. 24:61-84.

91. Netrusov A., Sadraddinova E., Abramov S., Shestakov A., Shalygin M., Teplyakov V. Membrane-assisted separation of microbial gaseous fuels from renewable sources. Desalination and Water Treatment, Volume 14, 2010, p. 252 257.

92. O'Brien D.J., Senske G.E., Kurantz M.J., Craig J. C. Jr., 2004. Ethanol recovery from corn fiber hydrolysate fermentations by pervaporation. Bioresourse technology, v. 92, pp. 15-19.

93. Oh Y., Seol E., Yeol Lee E., Park S., 2002. Fermentative hydrogen production by new chemolithotrophic bacterium Rhodopseudomonas palustri's P4. Int. J. Hydrogen Energy, 27:13731379.

94. Oh Y-K., Seol E-H., Kim J., Park S., 2003. Fermentative biohydrogen production by new chemoheterotrophic bacterium Citrobacter sp. Y19. Int J Hydrogen Energy 28:1353-1359.

95. Oh S.-E., Iyer P., Bruns M.A. Logan B.E., 2004. Biological hydrogen production using a membrane reactor. Biotechnology and bioengineering, v. 87, №1: 119-127

96. Oh Y., Kim S., Kim M., Park S., 2004. Thermophilic biohydrogen production from glucose with trickling biofilter. Biotechnol. and Bioeng. 88: 348-356.

97. Onyenwoke U., Lee Y.-J., Dabrowski S., Ahring B. K., Wiegel J., 2006. Reclassification of Thermoanaerobium acetigenum as Caldicellulosiruptor acetigenus comb. nov. and emendation of the genus description, Int. J. Syst. Evol. Microbiol., 56, 1391-1395.

98. Padro C.E.G., Putsche V., 1999. Survey of the Economics of Hydrogen Technologies. National renewable energy laboratory.

99. Panagiotopoulos, I.A.; Bakker, R.R.; Budde, M.A.W.; Vrije, T. de; Glaassen, P.Ä.M. ; Koukios, E.G., 2009. Fermentative hydrogen production from pretreated biomass: a comparative study. Bioresource Technology 100: 6331-6338

100. Park G.S., 1951. Diffusion of some organic substances in polystyrene. Trans. Faraday Soc., v. 47, No. 9, p. 1007-1013.

101. Park W., Hyun S., Eunoh S., Logan B., Kim I., 2005. Removal of headspace CO2 increases biological hydrogen production. Env. Science andTechnol. 39:412-420.

102. Pavlostathis S. G., Miller T. L., Wolin M. J., 1988. Fermentation of insoluble cellulose by continuous cultures of Ruminococcus albus. Appl. Environ. Microbiol. 54:2655-2659.

103. Pavlostathis S. G., Miller T. L., Wolin M. J., 1990. Cellulose fermentation by continuous cultures of Ruminococcus albus and Methanobrevibacter smithii. Appl. Microbiol. Biotechnol. 33:109-116.

104. Penfold D., Forster C., Macaskie L., 2003. Increased hydrogen production by Escherihia coli strain HD701 in comprasision with wild-type parent strain MC4100. Enzyme and Microbial. Technol. 33:185-189

105. Redwood M.D., 2008. Integrating dark and light bio-hydrogen production strategies: towards the hydrogen economy. Rev. Environ. Sei. Biotechnol.

106. Reith JH, Wijffels RH, Barten H., 2003. Bio-methane & Bio-hydrogen, status and perspectives of biological methane and hydrogen production.

107. Schnitzhofer W., Herzer S., Wukovits W., Ahrer W., Friedl A., de Vrije T., Claassen P.A.M., 2008. Non-thermal production of pure hydrogen from biomass: A sustainable pathway to biological hydrogen. Energy 25: 115-123.

108. Schmitz O., Boison G., Salzmann H., Bothe H., Schutz K. ,Wang Sh„ Happe T., 2002. HoxE' a subunit specific for the pentameric bidirectional hidrogenase complex (Hox EFUYH) of cyanobacteria. Biochim. Biophys. Acta., 98:67-74.

109. Schwartz E., Buhrke T., Gerischer U., Friedrich B., 1999. Positive transcriptional feedback controls hydrogenase expression in Alcaligenes eutrophus HI 6. J. Bacteriol. 181:5684-5692.

110. Shi Y., Weimer P. J., Ralph J., 1997. Formation of formate and hydrogen, and flux of reducing equivalents and carbon in Ruminococcus flavefaciens FD-1. Antonie Leeuwenhoek 72:101-109.

111. Soetaert W., Vandamme E., 2009. Bioiuels. West Sussex, UK: John Wiley & Sons. pp. 223.

112. Tam-Anh D. Nguyen, Se Jong Han, Jun Pyo Kim, Mi Sun Kim, You Kwan Oh, Sang Jun Sim, 2008. Hydrogen production by the hyperthermophilic eubacterium, Thermotoga neapolitana, using cellulose pretreated by ionic liquid. Elsevier Ltd. p. 2-6.

113. Tanisho S., Kuromoto M., Kadokura N., 1998. Effect of CO2 removal on hydrogen production by fermentation. Int. J. Hydrogen Energy. 23:559-563.

114. Weimer P. J., 1993. Effects of dilution rate and pH on the ruminal celluloytic bacterium Fibrobacter succinogenes S85 in cellulose fed continuous culture. Arch. Microbiol. 160:288-294.

115. Wolf I., Buhrke T., Dernedde J., Pohlmann A., Friedrich B., 1998. Duplication of hyp genes involved in maturation of NiFe. hydrogenases in Alcaligenes eutrophus HI6. Arch. Microbiol. 170:415-419.

116. Wolin M.J., Miller T.L., 1985. Methanogenes. Biology of industrial microorganisms, p. 189221.

117. Ueno Y., Kavai T., Sato S., Otsuka S., Morimoto M., 1994. Biological production of hydrogen from cellulose by natural anaerobic microflora. J. Ferment. Bioeng. 79(4): 395-397.

118. Uyar, B.; Eroglu, I.; Yucel, M.; Gunduz, U.; Turker, L., 2007. Effect of light intensity, wavelength and illumination protocol on hydrogen production in photobioreactors. Int. J. Hydrogen Energy 32: 4670-4677

119. Yu J., Takahashi H., 2007. Biophotolysis-based Hydrogen Production by Cyanobacteria and Green Microalgae. Communicating Current Research and Educational Topics and Trends in Applied Microbiology.

120. Zhu I-L, Suzuki T., Tsygankov A., Asada Y., Miyake J., 1999. Hydrogen prodyction from tofu wastewater by Rhodobacter sphaeroides immobilized in agar gels. Int. J. Hydrogen Energy. 24:305-310.

121. Zurrer H., Bachofen R., 1982. Aspects of growth and hydrogen production- of the photosynthetic bacterium Rho do spirillum rubrum in continuous culture. Biomass. 2:165-174.131. www.epp.eurostat.ec.europa.eu