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。由于其高能量密度和清潔，無碳使用，分子氫被認為是最有前途的能量載體之一。來自芬蘭圖爾庫大學的一個研究小組發(fā)現(xiàn)了一種通過光合作用于細胞工廠的綠藻將太陽能轉化為生物氫化學能的有效方法。
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化為不同的有價值的化合物，如維生素，抗氧化劑，聚合物和碳水化合物。
該研究小組負責人Yagut Allahverdiyeva-Rinne說：“當藻類細胞首先在無氧條件下在黑暗中孵化然后暴露在光線下時，它們就會開始有效地產(chǎn)生氫氣，但遺憾的是只有幾秒鐘?！盰agut Allahverdiyeva-Rinne，副教授圖爾庫大學分子植物生物學。
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
圖爾庫大學的研究人員決定將從基礎研究中獲得的知識應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，該方法不會使綠藻暴露于額外的營養(yǎng)饑餓，因此，不會施加任何顯著的壓力。細胞。
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)物不會在培養(yǎng)基中積聚氧氣。此外，藻類通過水的分解引導電子并通過太陽光進入氫氣生產(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：二氧化碳固定導致生物質(zhì)積累，氫化酶催化氫氣光生產(chǎn)。
“這項研究為建設高效的生物細胞工廠開辟了新的可能性，生產(chǎn)生物燃料和不同的化學品直接來自陽光，二氧化碳和水。研究提供了關于如何避免’浪費’生物質(zhì)中太陽能驅(qū)動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時的研究和開發(fā)工作都很有價值。
