Rekultiváció

Bioreaktor, az energiatermelés boszorkánykonyhája

Élő szervezetek közreműködésével zajló biokémiai folyamatok modellezésére, a biológiai anyag (pl. eukarióta vagy prokarióta sejt- vagy szövettenyészetek, vírusok, baktériumok, gombák, sejtszervecskék, enzimek, stb.) vizsgálatára, vagy egyes kívánt anyagok előállítására szolgáló bioreaktorok alkalmazása ma már megszokott gyakorlat.

A hagyományos kémiai reakciókhoz hasonlóan a bioreaktorokban zajló folyamatok is igényelnek energiaellátást. Az energiaellátás formája függ az alkalmazott biológiai anyagtól, nevezetesen attól, hogy a vizsgált élő szervezet milyen típusú energiaellátást képes hasznosítani a végrehajtandó kémiai reakció energiaellátásának érdekében. A bioreaktorok energiaellátását általában valamely tápanyag bevezetésével biztosítják, amelynek metabolizálásával a mikroorganizmusok saját energiaszükségleteit képesek biztosítani, továbbá biztosítja a végrehajtandó kémiai reakció energiaellátását és nyersanyagellátását is.

A fotoszintézis földünk egyik legnagyobb energiamegkötő folyamata, amelynek során növények, vagy más mikroorganizmusok a rájuk eső fény energiáját hasznosítják saját életfolyamatainak ellátásához. A foto-bioreaktorok olyan bioreaktorok, amelyek fotoszintetizálni képes biológiai anyagot tartalmaznak és a bioreaktorban tenyésztett mikroorganizmusok energiaellátását részben vagy egészében a foto-bioreaktorra eső fény biztosítja. A foto-bioreaktorok lehetnek zártak, illetve nyitottak. Zárt foto-bioreaktorok esetén a fény a foto-bioreaktor falán áthaladva jut el a biológiai anyaghoz. A rendszer zártsága miatt nincs közvetlen anyagcsere a környezettel, így ezt a céloknak megfelelően mesterségesen kell biztosítani. Ez lehetővé teszi a steril, axenikus tenyészet fenntartását. A nyitott foto-bioreaktorok közvetlen kapcsolatban vannak a környezetükkel. Ide tartoznak tágabb értelemben a természetes vagy mesterséges tavak is.

A foto-bioreaktorok lehetséges alkalmazási területe igen tág. Egyik leginkább ígéretesnek tűnő foto-bioreaktor felhasználási lehetőség a hidrogéntermelés. Egyes zöldalgákról (például a Chlamydomonas reinhardtii-ról, Scenedesmus obliquus-ról) régóta ismert, hogy a fotoszintézis közben képződött tápanyagaikat bizonyos körülmények között felélve hidrogént termelnek az úgynevezett biofotolízis során. Egészen a közelmúltig, az ily módon kinyerhető hidrogén mennyisége elenyésző volt. Azonban egy speciális eljárás (amely a kén és az oxigén megvonásán alapul) segítségével a keletkező hidrogén mennyiségét nagyságrendekkel lehetséges megnövelni. Ezen folyamat hatékonyságának további növeléséhez szükséges a mikroorganizmusok életfolyamataiba kémiai, illetve molekuláris biológiai módszerekkel beavatkozni. Ilyen beavatkozás például egy molekuláris kapcsoló, amely egy kívánt időpontban kikapcsolja a sejtek fotoszintetikus rendszerét, ezáltal a sejteket tartalék-energiáik felélésére kényszerítheti, amely folyamatok melléktermékként az ember által hasznosítható hidrogént termelnek. Ilyen molekuláris kapcsoló például a kén megvonása a táptalajból.