生物制氢的前景及研究成果

2023-11-21 理论教育版权反馈

【摘要】：但实际上，蓝藻的产氢效率远远达不到10%。科学家们解开了蓝藻将水分解产生氢气的基本原理后，认为生物制氢必须合理设计生物制氢反应器中的聚光系统和光提取器。通过科学家们不断的研究发现，海洋中不仅蓝藻可以提取氢，还有红藻、褐藻、绿藻也能提取氢，甚至某些细菌都能利用阳光把水分解成氢和氧，生物制氢的前景很好。蓝藻是原核生物，基因结构简单，若用此法应有可能成功。

▲蓝藻绿藻重组细胞

▲氢气制取装置

把水尤其是海水变成能源一直是人类梦寐以求的愿望。现代科学研究已证明了水确实蕴藏着巨大的能源。科学家们发现蓝藻的光合作用非常特殊，不是像一般植物那样，把二氧化碳转变为氧气，而是通过光和酶的作用把水转变为氢气。对于这一惊人的发现，科学家们认为利用太阳能从水中提取氢的前景十分诱人。但实际上，蓝藻的产氢效率远远达不到10%。光合作用分解水分子时放出的氧分子会使氢酶的活性降低，并最终使其停止工作。这就是为什么蓝藻的放氢活动只能延续几秒钟，最多几分钟的原因。要使氢能成为广泛使用的能源，首先要解决廉价易行的制氢技术。科学家们解开了蓝藻将水分解产生氢气的基本原理后，认为生物制氢必须合理设计生物制氢反应器中的聚光系统和光提取器。1973年国外实现了氢酶和叶绿素分解水产生氢气的反应；1979年又采用人工化合物代替前者，依靠阳光分解水获得成功。通过科学家们不断的研究发现，海洋中不仅蓝藻可以提取氢，还有红藻、褐藻、绿藻也能提取氢，甚至某些细菌都能利用阳光把水分解成氢和氧，生物制氢的前景很好。当前需要进一步弄清这类生物和微生物制氢的物理机理，并培育出高效的制氢微生物，才有可能使太阳能生物制氢成为一项实用化的技术。中国科学院植物所科研人员发明了微藻与需氧细菌共同培养技术，大大提高了藻类放氢效率。目前，德国已开始建造利用藻类制氢的农场，预计在2020年可形成藻类制氢产业。国外还有人提出可以用基因工程制取氢。如果我们改造蓝藻的基因，使其产生的NADPH不进行还原C3的反应，那么NADPH会变成氢气。但如果这样，就必须给蓝藻导入能够进行异养的基因，否则新品种的蓝藻将无法生存。蓝藻是原核生物，基因结构简单，若用此法应有可能成功。如果这一工程能成功的话，浩瀚的海水就真正变成氢的宝库了。我们有理由相信，人类社会告别化石燃料时代的时间不会太远，基于可再生清洁能源生产和使用技术之上的可持续发展之路，将是一条光明大道。(www.chuimin.cn)

▲藻类制氢微观图

生物制氢的前景及研究成果

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