khimie.ru

Конечно, ставить между биоэнергетикой и топливными элементами знак тождества нельзя. Различий немало. Вот хотя бы такое.

Уголь, водород, окись углерода, ацетилен, светильный газ, нефть, сахар и многое другое может служить топливом для топливного элемента. И окислители для топливных элементов − это не только кислород: и перекись водорода, и многие другие самые разнообразные вещества.

Собственно, разность потенциалов возникает между любой парой различных металлов, погруженных в подходящий электролит и приведенных в соприкосновение, с одной стороны, с топливом, с другой − с окислителем.

Весь вопрос в том, есть ли прок от такой системы? Достаточно ли велик ток? Дешевы и доступны ли катализаторы?

В 1911 году английский ученый Поттер заметил: между двумя электродами, один из которых погружен в растущую культуру бактерий, другой − в стерильную (без бактерий) контрольную среду, также возникает разность потенциалов.

Так, видимо, был создан первый биохимический топливный (биотопливный) элемент. В нем электроэнергию нарабатывают микроорганизмы.

Значение подобных устройств трудно переоценить: ведь с помощью бактерий можно было бы превращать в электричество любые биологические и иные отбросы − компосты, мусор. При этом электролитом может служить дешевая морская вода.

Образцы биохимических топливных элементов уже построены. Например, установка с бактериями Аеromonas formicans, созданная американскими исследователями. Батарея состояла из трех последовательно соединенных элементов. Питательная среда в них − сок кокосовых орехов. Ста миллилитров сока (это меньше содержимого одного ореха) хватило, чтобы 50 часов питать транзисторный приемник, потребляющий ток силою 10 миллиампер при напряжении 1,5 вольта (о такой энергоустановке Робинзон Крузо мог бы только мечтать!).

Топливные элементы поразительно неприхотливы в выборе топлива — пищи.

А живая материя? Наоборот. Оказывается, чем совершеннее формы жизни, тем они капризнее в выборе энергетического сырья.

На Земле до сих пор венцом совершенства остается человеческий мозг. Ему для работы нужно всего 10 ватт энергии, а действует он много лучше, чем самые совершенные ЭВМ, потребляющие те же ватты, но ни по отдаче, ни по объему пока не идущие с мозгом ни в какое сравнение.

Правда, мозг очень разборчив в пище: всему предпочитает исключительно глюкозу. Почему? Потому что глюкоза, сгорая до воды и углекислого газа, отдает всю заключенную в ней энергию, не оставляя в мозговой ткани каких-либо не до конца использованных продуктов обмена.

Сгорание одной молекулы глюкозы позволяет «подзарядить» 38 молекул АДФ, переводя их в АТФ. Это значит, что на одну грамм-молекулу (180 граммов) глюкозы выделяется 300 килокалорий энергии, которая запасается в мозговых клетках.

Это очень много. И тут ясно видна разница между биоэнергетикой высшей (в МХ, с использованием кислорода) и низшей (брожение или глюколиз, древнейший путь биоэнергетики). Ибо при гликолизе сжигание той же молекулы глюкозы дает не 38, а лишь две молекулы АТФ.

Мозг остро нуждается в глюкозе и кислороде. Падение содержания сахара в крови ведет к нарушению поведения, бреду, потере сознания, и в конце концов дело заканчивается структурными повреждениями мозга, что приводит к смерти.

В состоянии покоя мозг потребляет около двух третей всей циркулирующей в крови глюкозы и 45 процентов кислорода…