Индекс активности участника

В принципе можно, ведь химики-технологи давно уже и разными способами получают водород, расходуя энергию, запасенную в органическом топливе. Однако для этого нужны высокие температуры, в то время как в клетках та же цель достигается совершенными катализаторами - ферментами. Вряд ли можно рассчитывать на то, что в обозримом будущем удастся искусственно создать такую же систему катализаторов, какая существует в клетке. Иное дело, если бы удалось живые клетки пристроить к топливному элементу. Тогда в нем можно было бы сжигать самые разнообразные органические продукты растительного происхождения - дрова, торф, сапропель и так далее. Какие же на пути к этому возникают препятствия, и можно ли их преодолеть?

Так уж сложилась история техники, что сейчас большую часть потребляемой человечеством энергии получают, сжигая уголь, нефть и газ в малоэффективных тепловых машинах. В силу "неумолимых" физических законов основной способ повышения коэффициента полезного действия (КПД) таких машин - это увеличение температуры. А чтобы температура сгорания была высокой, нужны калорийные виды топлива - такие, в состав которых входят лишь окисляемые элементы - углерод и водород, а балласта - кислорода, азота и других негорючих элементов - должно быть как можно меньше. По этой причине дешевые и, главное, возобновляемые виды топлива - дрова и торф-находят мало применения.

17.05.2024

Сложные предложения

Еще заманчивее эта идея выглядит для создания искусственного сердца. Нет сомнения, что для этого нужен электрический двигатель, но где взять для него источник энергии? Гипотетический электрохимический элемент, в котором окисляется молочная кислота, здесь может оказаться очень полезным, так как у сердечных больных образуется много молочной кислоты, но она не может использоваться из-за недостатка кислорода. В этом случае решались бы сразу две задачи - и получения энергии для искусственного сердца и утилизации избытка молочной кислоты.

В любой клетке, как и в топливном элементе, основным субстратом служит водород. Однако в клетке он находится не в свободном, газообразном состоянии, а связан с переносчиком (газообразный водород, выделяющийся в атмосферу, образуют лишь некоторые виды бактерий). Переносчики водорода - целая группа химических соединений, среди которых наибольшее значение имеет никотинамидаде-ниндинуклеотид (НАД). Это сложное соединение с молекулярной массой 633 дальтона способно переносить всего два атома водорода с общей массой равной двум. Эффективность почти такая же низкая, как у гемоглобина, однако фактически НАД работает значительно эффективнее, так как оборачиваемость у него очень высока - до нескольких тысяч в минуту. Это ведь внутриклеточный переносчик, и расстояния, на которые он транспортирует водород, измеряются микрометрами или их долями.

17.05.2024

Встроенный запуск словаря

Постараемся разобраться, действительно ли можно провести аналогию между биологическим окислением и подобными процессами в топливных элементах, и если эта аналогия существует, то может ли большая энергетика чему-либо научиться у маленькой клетки?

При этом заметим, что с позиций энергетика КПД мышечной работы совсем неплохой - около 30 процентов, стало быть, учиться есть чему. И учтем, что во всех клетках главные биохимические реакции, в том числе биологического окисления, очень схожи. Это объясняется тем, что они сложились очень давно - еще на заре эволюции, более миллиарда лет тому назад, и хорошо отшлифованы временем.

17.05.2024

Введена система ученых званий

Окисление субстрата кислородом воздуха в клетке это не одноэтапный процесс, а несколько последовательных химических реакций. Все вместе их часто называют дыхательной цепью. У "ее, как у всякой цепи, два конца-один называется кислородным, другой субстратным. Это позволяет сопоставить процессы на кислородном электроде топливного элемента с кислородным концом цепи, а события на водородном электроде - с субстратным концом дыхательной цепи.

Кроме того, проводя параллель между биологическим окислением и окислением водорода в топливном элементе, мы будем иметь в виду элемент Грова. Это наиболее разработанный вид топливного элемента, можно сказать, классический. В нем на одном из электродов газообразный водород превращается в ионы водорода и переходит в раствор, а электроны остаются на электроде, сообщая ему отрицательный заряд. На другом электроде в раствор переходит газообразный кислород, при этом он реагирует с водой и превращается в ионы гидроксила, а электрод приобретает положительный заряд. В целом идет химическая реакция между кислородом и водородом с образованием воды, при этом от одного электрода к другому течет электрический ток.

17.05.2024