Wasserstoff effizienter produzieren

Wasserstoff effizienter produzieren

27.08.2014
© RUBIN, Foto: Nelle

Wasserstoff gilt als potenzieller Energieträger der Zukunft. Um diese Vision zu erfüllen, muss er bezahlbar in großen Mengen hergestellt werden können. Forscher aus Bochum und Mülheim haben einen Weg gefunden, die Effizienz der Wasserstoffproduktion durch Grünalgen zu steigern.

Konkurrenz zwischen Wasserstoffproduktion und Photosynthese

Grünalgen können unter bestimmten Umständen mithilfe von Lichtenergie Wasser zu Sauerstoff und Wasserstoff umsetzen. Dazu überträgt das Enzym Hydrogenase Elektronen auf Protonen (H+). Die Elektronen stammen direkt oder indirekt aus der Wasserspaltung; vermittelt werden sie durch das kleine eisenhaltige Protein PetF. PetF beliefert aber nicht nur das Wasserstoff produzierende Enzym Hydrogenase mit Elektronen, sondern hauptsächlich ein anderes Enzym, die Ferredoxin-NADP+-Oxidoreduktase, kurz FNR. Die FNR ist für die Kohlenhydratbildung in der Photosynthese entscheidend. Der Elektronenfluss von PetF zur FNR ist dabei normalerweise effizienter als zur Hydrogenase. Genau das haben die Forscher geändert.

Elektronen in die Wasserstoffproduktion umleiten

Die Wissenschaftler bestimmten, welche Aminosäuren des Proteins PetF mit der Hydrogenase wechselwirken und welche speziell mit dem Konkurrenten FNR. Es zeigte sich, dass zwei negativ geladene Aminosäuren von PetF spezifisch mit dem Photosynthese-Enzym FNR interagieren. Durch gezielte genetische Veränderung tauschten die Forscher die beiden negativ geladenen Aminosäuren gegen das ungeladene Alanin aus. Das Ergebnis: Das veränderte PetF-Protein leitete Elektronen effizienter zur Hydrogenase, und die Wasserstoffproduktionsrate erhöhte sich um den Faktor vier. Das Team der RUB-AG Photobiotechnologie um Dr. Martin Winkler und vom MPI für Chemische Energiekonversion berichtet in der Zeitschrift „Energy & Environmental Science“. Text: jwe

Titelaufnahme

S. Rumpel, J.F. Siebel, C. Farès, J. Duan, E. Reijerse, T. Happe, W. Lubitz, M. Winkler (2014): Enhancing hydrogen production of microalgae by redirecting electrons from photosystem I to Hydrogenase, Energy & Environmental Science, DOI: 10.1039/C4EE01444H

Weitere Informationen

Dr. Martin Winkler, AG Photobiotechnologie, Fakultät für Biologie und Biotechnologie der Ruhr-Universität, 44780 Bochum, Tel. 0234/32-27049 martin.winkler-2@rub.de

Dr. Sigrun Rumpel, Max-Planck-Institut für Chemische Energiekonversion in Mülheim an der Ruhr, Tel. 0208/306-3895 sigrun.rumpel@cec.mpg.de

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Das Protein PetF liefert Elektronen an das Enzym FNR für die Photosynthese und an das Enzym Hydrogenase (HydA) für die Wasserstoffproduktion. Durch genetische Mutation von PetF machten die Forscher den Elektronenfluss zur Hydrogenase effizienter. © RUB, Grafik: Winkler