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Grünalgen und Wasserstofferzeugung - Regenerative Energie? |
 C.
reinhardtii
 Eisen
Schwefel Cluster |
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Jugend forscht Projekt Die Grünalge Chlamydomonas reinhardtii erzeugt unter Stress Wasserstoff, diesen haben wir aufgefangen und können mit Hilfe einer Brennstoffzelle einen Elektromotor betreiben. Wie geht das? Zunächst wird eine Primärkultur angesetzt, die eine bestimmte Zelldichte, ablesbar am spektroskopisch bestimmbaren Chorophyllwert von 20 bis 50 µg/mL erreichen muss.
Primärkulturen von C. reinhardtii, belüftet mit einer Membranpumpe Danach wird ein kleiner Teil dieser Kultur in ein Medium überführt, in dem Schwefelverbindungen nur begrenzt vorhanden sind. Schwefelverbindungen sind extrem wichtig für die Vermehrung und den Stoffwechsel der Grünalge. Die Algen vermehren sich und betreiben bei starker Belichtung extrem Photosynthese, erkennbar und messbar an der Gasbildung (Sauerstoff durch die Spaltung von Wasser in Photosystem II). Dies ist die aerobe Phase der Selbstentschwefelung. Wird jetzt die Algenkultur abgeschlossen, so beginnt langsam die anaerobePhase, bei der zunehmend Wasserstoff gebildet wird. Die Wasserstoffproduktion erfährt ihren Höhepunkt nach circa 6 bis 8 Tagen je nach Bedingungen. Dabei muss extrem anaerob gearbeitet werden. Nach etwa 20 bis 30 Tagen sterben die Algen und die Wasserstoffentwicklung hört auf.
aerobe Phase anaerobe Phase H2-Bildung Absterbphase Die Wasserstoffbildung ist eine Notmaßnahme der Grünalge, um Reduktionsäquivalente (Elektronen) los zu werden, da sie diese unter Stress (Schwefelarmut, anaerobe Bedingungen und starker Beleuchtung) nicht mehr verwenden kann. Das Enzym, welches diese Reaktion katalysiert, ist die Hydrogenase, ein Enzym, welches von Sauerstoff gehemmt wird und in seinem katalytischem Zentrum ein Eisen Schwefel Cluster besitzt
Photsyntheseschema der Grünalgen mit Photosyten I und II und der Hydrogenase Abkürzungen: PS: Photosystem; PQ.: Plastochinol; Cyt: Cytochrom; PC: Plastocyanin; NDH: NADPH-Dehydrogenase;FQR: Ferrredoxinplastochinlreduktase; Fd: Ferredoxin; FNR: Ferredoxin-NADP+-Reduktase Selbstentschwefelung im Zeitraffer (auf das Bild klicken!):
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