绿藻太阳能转化成生物氢获突破,达成高效制氢 8 小时

国际金属加工网 2018年05月17日

节能减碳可说是当今世界趋势,许多科学家致力于研发永续生质燃料来对抗气候变迁,其中由于零排放与高储存容量,氢分子认为是最具潜力的能源载体。芬兰图尔库大学(University of Turku)透过绿藻光合作用,将太阳能转换成化学生物氢(biohydrogen)。

绿藻在行光合作用时,会藉太阳能来分解水,并释放氧气与制造生物质,绿藻同时也是高效生物催化剂,能将太阳能与二氧化碳转换成维生素、抗氧化剂、聚合物和碳水化合物。

图库尔大学 Yagut Allahverdiyeva-Rinne 分子植物生质助理教授表示,以往研究先在黑暗的脱氧环境中孵育微藻细胞,之后再将细胞置于阳光下制氢,不过高效制氢仅维持几秒而已。

过往十几年的研究中,科学家都认为由氧引起的氢化酶(hydrogenase)为绿藻无法长时间制氢的主要障碍,资深研究员 Sergey Kosourov 指出,由于藻类在光合作用过程中会不断释放氧气,并同时制造氢气,所以很难在阳光下培养并维持缺氧条件。

因此图尔库大学研究员根据藻类光合作用基础知识,打造新型制氢方法。该方法不用将绿藻置于缺乏营养环境,因此也不需要对细胞施加任何压力。研究员指出,只要透过将缺氧微藻暴露在强而短的光脉冲下(light pulses),便可显著延长制氢时间。

Kosourov 表示,暴露于脉冲下的藻类不会在培养基中累积氧气,藻类也会将水分解产生的电子引导至制氢作用而不是生物累积(biomass accumulation),这效果可持续好几天,高效制氢则可维持 8 小时。

研究显示,高效制氢的障碍不是氧气,而是细胞中两个代谢途径(metabolic pathway)在进行竞争,分别是二氧化碳固定导致的生物累积与光生氢催化而成的氢化酶。

Allahverdiyeva-Rinne 指出,这项研究为打造高效活性细胞工厂(cell factories)开辟新可能性,可用阳光、二氧化碳和水制造生物燃料和不同的化学用品。该研究也同时提供避免生物质「浪费」太阳能的方法,以及如何将这些能量直接用于制造生质产品,对于藻类光合作用基础研究与大规模生产生质燃料都很有帮助。

 


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