減少碳排放以防止氣候變化需要開發(fā)可持續(xù)和可再生生物燃料生產(chǎn)的新技術(shù)。由于其高能量密度和清潔，無碳使用，分子氫被認(rèn)為是最有前途的能量載體之一。來自芬蘭圖爾庫大學(xué)的一個(gè)研究小組發(fā)現(xiàn)了一種通過光合作用于細(xì)胞工廠的綠藻將太陽能轉(zhuǎn)化為生物氫化學(xué)能的有效方法。
在光合作用期間，綠藻利用收獲的太陽能來分解水，將氧氣釋放到大氣中并產(chǎn)生生物質(zhì)，這些生物質(zhì)在藍(lán)色生物精煉廠中起到優(yōu)異的原料的作用。
綠藻也是高效的生物催化劑，可以將太陽能和二氧化碳直接轉(zhuǎn)化為不同的有價(jià)值的化合物，如維生素，抗氧化劑，聚合物和碳水化合物。
該研究小組負(fù)責(zé)人Yagut Allahverdiyeva-Rinne說：“當(dāng)藻類細(xì)胞首先在無氧條件下在黑暗中孵化然后暴露在光線下時(shí)，它們就會(huì)開始有效地產(chǎn)生氫氣，但遺憾的是只有幾秒鐘?！盰agut Allahverdiyeva-Rinne，副教授圖爾庫大學(xué)分子植物生物學(xué)。
幾十年來，研究人員已經(jīng)相信藻類在光照下長期產(chǎn)氫的主要障礙是氫化酶的破壞，這是由氧氣引起的這一過程的關(guān)鍵因素。
“由于藻類在光合作用過程中不斷釋放氧氣，與氫氣的生成同時(shí)發(fā)生，因此在照明培養(yǎng)中維持厭氧條件特別麻煩，”研究小組成員高級研究員謝爾蓋科索羅夫說。
新的生態(tài)可持續(xù)生產(chǎn)生物氫的方法
圖爾庫大學(xué)的研究人員決定將從基礎(chǔ)研究中獲得的知識應(yīng)用于藻類的光合作用，并建立了一種新的生產(chǎn)氫氣的方法，該方法不會(huì)使綠藻暴露于額外的營養(yǎng)饑餓，因此，不會(huì)施加任何顯著的壓力。細(xì)胞。
研究人員表明，通過簡單地將厭氧藻類培養(yǎng)物暴露于一系列強(qiáng)而短的光脈沖，可以顯著延長氫的產(chǎn)生，這些光脈沖被較長的黑暗時(shí)期所打斷。
“在這些條件下，暴露在陽光下的藻類培養(yǎng)物不會(huì)在培養(yǎng)基中積聚氧氣。此外，藻類通過水的分解引導(dǎo)電子并通過太陽光進(jìn)入氫氣生產(chǎn)而非生物質(zhì)積累。該過程至少持續(xù)幾天后，最初的八小時(shí)內(nèi)產(chǎn)生氫氣的最大速率，“科蘇羅夫說。
該研究清楚地表明，高效制氫的主要障礙不是氧氣，而是兩種代謝途徑之間的激烈競爭：二氧化碳固定導(dǎo)致生物質(zhì)積累，氫化酶催化氫氣光生產(chǎn)。
“這項(xiàng)研究為建設(shè)高效的生物細(xì)胞工廠開辟了新的可能性，生產(chǎn)生物燃料和不同的化學(xué)品直接來自陽光，二氧化碳和水。研究提供了關(guān)于如何避免’浪費(fèi)’生物質(zhì)中太陽能驅(qū)動(dòng)能源的重要信息生產(chǎn)以及如何將這種能源直接用于生產(chǎn)有用的生物產(chǎn)品，“Allahverdiyeva-Rinne說。
研究人員開發(fā)的新方法對于藻類光合作用的基礎(chǔ)研究和工業(yè)部門在大規(guī)模生產(chǎn)碳中性生物燃料的新技術(shù)時(shí)的研究和開發(fā)工作都很有價(jià)值。
