2019-03-27
谁说植物不能产氢?有些绿藻在无氧条件下是可以产氢的,但这种现象通常被看作是绿藻面对缺氧胁迫环境的应急反应。浙江大学化学系唐睿康教授的研究发现,绿藻细胞中存在一种「氢酶,hydrogenase」,当绿藻缺氧时氢酶就会被激活,能在光合作用时产生氢气。(如图1)
通过对绿藻仿生矿化改造诱导绿藻的自发聚集,可以在保证光合系统II活性的同时激活氢酶,从而改变绿藻的光合途径,实现在自然条件下直接分解水产生氢气。
通常,植物行光合作用是利用阳光照射树叶时,将二氧化碳和水转化为氧和葡萄糖。不过,早在1930年代,莱茵衣藻在无氧条件下产生氢气的现象就被发现了,但是随后的研究发现产氢的活性受到氧气的抑制,即在富氧的正常条件下,并不产生氢气,只有在无氧条件下才产生少量氢气,难以应用于工业化生产。到了1970年代,在全球能源危机和环境污染的背景下,微型绿藻产氢的研究又重新受到重视。回到前面提到:莱茵衣藻在无氧条件下产氢,被看作是莱茵衣藻面对缺氧胁迫环境的应急反应,产生的氢气只是副产物。正常条件下,同其他绿色植物一样通过光合作用制造有机物从而获得能量;一旦面临缺氧环境,就通过产氢代谢途径,启动新的能量供应转化程序。
绿藻可用于产制氢气最早发表于1942年,两位在芝加哥大学的科学家Hans Gaffron与Jack Rubin观察到在缺氧状态,同时没有二氧化碳存在下,绿藻可产生氢气,只是发生时间非常短暂,产生氢气也非常微量。在而后将近60年的时间,许多人努力想开发此途径做为氢气的来源,一直没有显著的突破。直到1999年,由UC Berkely的Melis教授和美国国家再生能源实验室(NREL)的Seibert等研究员发表他们从1997年开始进行的系列实验室结果,才又大幅提升人们对这方面研究的热衷。当时他们发现借由停止供应培养藻类所需的硫跟氧氧的话,可引导藻类产制氢气,但一段时间后需回复供给,否则藻类会死亡。他们也发现可以重覆循环的操作上述步骤,间歇性的产制氢气。