نوع مقاله : پژوهشی- فارسی

نویسندگان

• مهلا باقری ¹
• گیتی امتیازی ²
• مریم جلیلی ¹

¹ گروه بیوتکنولوژی، دانشکده علوم و فناوریهای زیستی، دانشگاه شهید اشرفی اصفهانی، اصفهان، ایران

² گروه زیست شناسی سلولی مولکولی و میکروبیولوژی، دانشکده علوم و فناوریهای زیستی، دانشگاه اصفهان، اصفهان، ایران

چکیده

مقدمه: گاز هیدروژن به عنوان یک منبع انرژی تجدید پذیر پتانسیل بالایی دارد. اگرچه گاز هیدروژن از سوخت‌های فسیلی به‌دست می‌آید، اما تقاضا برای تولید آن با روش‌های شیمیایی و الکترولیز آب وجود دارد و امروزه استخراج آن از ماسه‌های نفتی در حال مطالعه است. تولید آن از طریق زیستی به دلیل مصرف گازهای گلخانه‌ای مانند دی‌اکسید‌کربن و/یا تخمیر هوازی و بی‌هوازی پسماندهای کشاورزی یکی از پاک‌ترین انواع تولید سوخت هیدروژنی است و می‌توان آن را راه حلی برای تولید همزمان سوخت و رفع آلودگی‌های زیست‌محیطی دانست.

روش: این مقاله به‌طور خلاصه به بررسی میکروارگانیسم‌های تولید‌کننده هیدروژن، مکانیسم‌های تولید و آنزیم‌های موثر پرداخته است. برای این هدف از اطلاعات موجود در پایگاه داده‌های اسکوپوس برای رسم نمودارها و از مقالات معتبر منتشر شده در فاصله زمانی 2006 تا 2021 استفاده شده است. علاوه بر این، برخی از محدودیت‌ها و راه‌های غلبه بر آن‌ها و افزایش تولید هیدروژن زیستی با استفاده از مقالات به‌تفصیل شرح داده شده است.

نتایج: تثبیت دی‌اکسید‌کربن، تخمیر، تثبیت نیتروژن، فتوسنتز هوازی و بی‌هوازی از راه‌های تولید زیستی این سوخت است. آنچه در تولید زیستی اهمیت دارد، آنزیم‌های موثر در این واکنش‌ها و امکان استفاده از این آنزیم‌ها در تولید مداوم گاز و تصفیه هیدروژن از گازهای دیگر است. تثبیت این آنزیم‌ها در شرایط خاص خودشان برای تولید انبوه این گاز از اهمیت خاصی برخوردار است. خالص‌سازی گاز هیدروژن تولید شده زیستی به هدف مصرف آن به عنوان سوخت، ضروری است و برخی فناوری‌ها از جمله غشاهای نانو مانند پلی‌سولفونات در خالص‌سازی این گاز از گازهای تولیدی دیگر مانند اکسیژن، ازت، آمونیوم، هیدروژن سولفید و اکسیژن بسیار کمک‌کننده است.

کلیدواژه‌ها

• هیدروژن زیستی
• تخمیر تاریکی
• تخمیر نوری
• فتولیز زیستی
• انرژی زیستی
• الکترولیز میکروبی

موضوعات

• بیوتکنولوژی صنعتی و محیطی

عنوان مقاله [English]

Production of bio-hydrogen by microorganisms and extracellular enzymes: clean energy

نویسندگان [English]

• Mahla Bagheri ¹
• giti Emtiazi ²
• Maryam Jalili Tabaii ¹

¹ Department of Biotechnology, Faculty of Biological Sciences and Technology, Shahid Ashrafi Esfahani University. Isfahan. Iran

² Department of Cellular and Molecular Biology and Microbiology, Faculty of Biological Science and Technology, University of Isfahan, Isfahan, Iran

چکیده [English]

Introduction: Hydrogen gas has great potential as a renewable energy source. Although hydrogen gas is obtained from fossil fuels, there is a demand for its production by chemical methods and electrolysis of water, and its extraction from oil sands is currently being studied. Its biological production is one of the cleanest types of hydrogen fuel production, due to the consumption of greenhouse gases such as carbon dioxide and/or aerobic and anaerobic fermentation of agricultural wastes, and it can be considered as a solution for simultaneous production of the fuel and elimination of environmental pollutions.

Methods: This review briefly explains the hydrogen-producing microorganisms, the mechanisms, and the effective enzymes in their production. For this purpose, authoritative articles published between 2006 and 2021 and information in the Scopus database have been used to draw graphs and write this review article. In addition, some limitations and the ways to overcome them for increasing biohydrogen production are described in detail.

Results: Carbon dioxide fixation, fermentation, nitrogen fixation, aerobic and anaerobic photosynthesis are some ways of biological production of this fuel. What is important in biological production are the effective enzymes in these reactions and the possibility of using these enzymes in the continuous production of gas, and the purification of hydrogen from other gases. The stabilization of these enzymes under their conditions is of particular importance for the mass production of this gas. Purification of bio-produced hydrogen gas is essential for consumption as fuel, and some technologies, including nanomembranes such as polysulfonate, are very helpful in purifying this gas from other gases such as oxygen, nitrogen, ammonium, hydrogen sulfide, and oxygen.

کلیدواژه‌ها [English]

• Biohydrogen
• Dark-fermentation
• Photo-fermentation
• Biophotolysis
• Bioenergy
• Microbial electrolysis