Производство белка на водороде - Волова Т.Г.
Скачать (прямая ссылка):
6Н2 + 202 + С02 -> (СН20) + 5Н20. (34)
В сочетании с процессом электролиза воды
6Н20 -> 302 + 6Н2)
система водородные бактерии — электролиз дает «коэффициент ассимиляции» КА = [С02/03] = 1. Таким образом, в идеальном случае СЖО с водородными бактериями полностью балансируется по газу.
Выше (см. гл. 4) показано, что стехиометрия поглощения газов водородными бактериями может далеко удаляться от соотношения, определяемого выражением (34). В зависимости от степени сопряжения процессов окислительного фосфорили-рования с дыханием на моль поглощенной углекислоты потребляется различное количество 02 и Н2 (см. уравнение (13)). На рис. 39 показано как изменяется это соотношение при различных уровнях сопряжения и направленностях биосинтеза у бактерий. Прямая 1 соответствует выражению (13), т. е. идеали-
1 В квадратных скобках — количество газа в объемных единицах.
?14
1
единиц водорода и кислорода,
поглощаемых на единицу ус-
военной культурой водородных
бактерий углекислоты (объяс-
нения в тексте).
Данные взяты из следующих источников: а — Bongers, 1970; б —
Amman, 1967; в — Goto е. а., 1977; г — Bongers, 1970; Mori-
/ /
2
ags e. a., 1978; Э — Терсков и др., 2
1975.
2 3 4
зированному случаю синтеза углеводной биомассы, прямые 2 и 3 — расчетным вариантам на синтез белка и поли-|3-оксимас-ляной кислоты соответственно, сделанным Т. А. Федоровой (1970) для водородных бактерий. Поскольку ассимиляционный коэффициент системы водородные бактерии — электролиз определяется выражением КА = [С02]/[Н2]/2 — Ю2], то по графикам рис. 39 можно определить К& для всех трех случаев. Равенство угла наклона прямых 1, 2 и 3 оси ординат показывает независимость К^ от степени сопряжения процессов дыхания и фосфорилирования. Изменение же биохимического состава биомассы сдвигает КА вниз. Для чисто белковой биомассы КА = 0,8, для биомассы, состоящей на 100% из ПОМК, К\ = 0,6. В реальных ситуациях, когда синтезируемая биомасса содержит все три компонента (белок, ПОМК, углеводы), должно иметь промежуточное значение между 0,6 и 1.
На рис. 39 показаны стехиометрии, наблюдавшиеся различными авторами при непрерывном и периодическом культивировании A lcaligenes eutrophus. Экспериментальные точки ложатся в основном на кривую 2 или близко от нее в соответствии с преимущественно белковым направлением биосинтеза у водородных бактерий. «Ассимиляционный коэффициент» в этих точках близок к 0,8. Таким образом, имеется принципиальная возможность сбалансировать дыхательный коэффициент человека и систему водородные бактерии — электролиз в реальных условиях СЖО.
Суммарный баланс, однако, не обеспечивает баланс газа в любой момент времени, так как газообменные характеристики человека существенно зависят от физических и эмоциональных нагрузок, что вызывает более или менее кратковременные отклонения коэффициента ассимиляции от коэффициента дыхания. Для того чтобы параметры атмосферы гермокабины не вышли за допустимые пределы, определяемые физиолого-гигиенически-ми нормами, требуется их постоянная коррекция, для чего необходимо знать свойства бактериального звена как объекта управления.
8*
115
1 — гермокабина (ГК); 2 — электролизер (ЭЛ); з — культиватор; 4 — концентратор углекислоты; а — индекс СО»; |3 — индекс 02; V — индекс Н2, G — производительность; I — сила тока; W — передаточная функция; Эк — экипаж, Кд— дыхательный коэффициент.
Попытка анализа электролизно-бактериальной системы как объекта управления по газообмену сделана в работе В. Д. Валуева и др. (1976). Авторами составлена структурная схема (рис. 40), позволяющая исследовать поведение СЖО с помощью ЭВМ в широких пределах изменения управляющих и возрастающих воздействий.
Для утилизации всей углекислоты, выдыхаемой человеком (в среднем 575 л/сут), необходимо, чтобы интенсивность бактериального синтеза составляла 30 г биомассы/ч. Такая производительность может быть достигнута при различном объеме бактериальной суспензии в зависимости от ее плотности и скорости биосинтеза. Для концентрации культуры 10 г/л (по весу сухого вещества) и продуктивности 30 г/л-сут объем суспензии, необходимый для обеспечения газообмена 1 г человека, составляет 25 л. Интенсификация процесса культивирования
4,5 г/л-ч, достигнутая, например, в аппаратах со струйным диспергированием газа [Семенов, Петрова, 1978], сокращает рабочий объем суспензии до 7 л на человека. В системе, обеспечивающей жизнедеятельность одного человека, будет произ-
m
водиться 210 л/ч водорода. Электролитическое получение 210 л/ч, или 9,4 моль/ч, водорода требует в соответствии с законом электролиза, чтобы через электролит в течение 1 ч протекал ток 252 А. При напряжении на электродах в 2 В потребляемая электрическая мощность 0,5 кВт. Если принять КПД электролизной установки за 80%, то потребляемая мощность будет 0,62 кВт. Приблизительно оцениваемые мощности концентратора углекислоты и непосредственно культиватора бактерий равны соответственно 0,15 и 0,1 кВт. Суммарная мощность системы жизнеобеспечения на водородных бактериях на одного человека с учетом электроизмерительной аппаратуры составит приблизительно 1 кВт.
