氫能源具有高發(fā)熱量、高能量轉(zhuǎn)化率和不含碳源燃燒后產(chǎn)物對環(huán)境無污染等優(yōu)點(diǎn)，成為代替化石燃料的首要選擇。目前世界上的制氫方式主要有：碳?xì)淙剂希ㄈ缑骸⑹偷龋┑臍饣?、甲烷蒸汽重整、電解水制氫等，這些制氫方法不是將化石燃料轉(zhuǎn)化為氫能，就是消耗大量電能來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)化，不利于節(jié)能減排。
芬蘭圖爾庫大學(xué)于2018年03月發(fā)表在“Energy?＆Environmental Science”雜志上的論文公布綠藻在無氧環(huán)境下，通過脈沖光照射，可以達(dá)到8小時(shí)高效產(chǎn)氫，產(chǎn)氫速率為3mmol/L。其實(shí)在微藻界，科學(xué)家利用微藻進(jìn)行發(fā)酵來產(chǎn)氫已經(jīng)不是什么新鮮事了，那么到底微藻是怎么產(chǎn)生氫氣的呢？
首先應(yīng)該從綠藻光合作用說起。在正常光合作用下，綠藻的葉綠體吸收太陽光從而獲得能量，將水光解為氫離子、電子和氧氣，通過藻細(xì)胞組織將電子不間斷地傳遞給輔酶NADP，這樣輔酶NADP就成為了氫離子的載體，一個(gè)分子的輔酶NADP可攜帶兩個(gè)氫離子，變成NADPH充當(dāng)還原劑。NADPH與ATP共同作用，把水溶液里的二氧化碳轉(zhuǎn)換成葡萄糖，這個(gè)反應(yīng)學(xué)術(shù)上叫卡爾文循環(huán)反應(yīng)。
當(dāng)我們需要綠藻產(chǎn)氫時(shí)，綠藻的葉綠體吸收太陽光從而獲得能量，將水光解為氫離子、電子和氧氣，通過藻細(xì)胞組織將電子不間斷地傳遞給輔酶NADP，這樣輔酶NADP就成為了氫離子的載體，NADPH里面的氫離子和電子依次經(jīng)過質(zhì)體醌、細(xì)胞色素、質(zhì)體藍(lán)素的傳遞，最終被傳遞到光合作用系統(tǒng)Ⅰ（PSⅠ）的鐵氧還原蛋白上。鐵氧還原蛋白在厭氧條件下誘導(dǎo)出［FeFe］氫化酶活性，從而使氫離子在［FeFe］氫化酶上吸收電子產(chǎn)生氫氣。如下圖紅線路徑所示。
因此微藻產(chǎn)氫的條件和效率是與氫離子、電子、氫化酶的數(shù)量和在厭氧環(huán)境的情況下激活氫化酶，并把氫離子和電子傳遞到氫化酶路徑上去有關(guān)。在具體實(shí)踐上微藻產(chǎn)氫與藻種、培養(yǎng)基的配方、厭氧環(huán)境建立以及光照方式，都有著極大的關(guān)系。
沐耕山（上海）生物能源科技有限公司在去年已經(jīng)開始進(jìn)行綠藻產(chǎn)氫實(shí)驗(yàn)，在藻種的篩選、培養(yǎng)基的優(yōu)化、厭氧環(huán)境建立方式和光脅迫條件取得了突破，出氣率高達(dá)32mmol/L，其中氫氣的比率達(dá)80%，并完成了工業(yè)化生產(chǎn)工藝的準(zhǔn)備工作。目前正在尋求融資建設(shè)中試基地，為大規(guī)模生產(chǎn)、復(fù)制做準(zhǔn)備。
生物制氫除了對環(huán)境排碳有幫助以外，它還是一種可再生的能源。并且它可以在任何地方進(jìn)行生產(chǎn)，避免了氫氣的長途運(yùn)輸。沐耕山（上海）生物能源科技有限公司的生產(chǎn)工藝可以進(jìn)行大規(guī)模的生產(chǎn)，生產(chǎn)過程高度自動化，并沒有任何的排放物對環(huán)境造成影響。氫氣生產(chǎn)后所剩余的生物質(zhì)可以再次利用為高效的植物蛋白原材料，可用于食品添加劑和魚飼料。這使得整個(gè)的氫能源產(chǎn)業(yè)鏈完全綠色化。
本文轉(zhuǎn)自微信公眾號微藻博士https://mp.weixin.qq.com/s/0pvGkZUpeOon8dj5RK4nhg
