微藻光合产氢

氢能源具有高发热量、高能量转化率和不含碳源燃烧后产物对环境无污染等优点,成为代替化石燃料的首要选择。目前世界上的制氢方式主要有:碳氢燃料(如煤、石油等)的气化、甲烷蒸汽重整、电解水制氢等,这些制氢方法不是将化石燃料转化为氢能,就是消耗大量电能来实现转化,不利于节能减排。

芬兰图尔库大学于2018年03月发表在“Energy &Environmental Science”杂志上的论文公布绿藻在无氧环境下,通过脉冲光照射,可以达到8小时高效产氢,产氢速率为3mmol/L。其实在微藻界,科学家利用微藻进行发酵来产氢已经不是什么新鲜事了,那么到底微藻是怎么产生氢气的呢?

首先应该从绿藻光合作用说起。在正常光合作用下,绿藻的叶绿体吸收太阳光从而获得能量,将水光解为氢离子、电子和氧气,通过藻细胞组织将电子不间断地传递给辅酶NADP,这样辅酶NADP就成为了氢离子的载体,一个分子的辅酶NADP可携带两个氢离子,变成NADPH充当还原剂。NADPH与ATP共同作用,把水溶液里的二氧化碳转换成葡萄糖,这个反应学术上叫卡尔文循环反应。

当我们需要绿藻产氢时,绿藻的叶绿体吸收太阳光从而获得能量,将水光解为氢离子、电子和氧气,通过藻细胞组织将电子不间断地传递给辅酶NADP,这样辅酶NADP就成为了氢离子的载体,NADPH里面的氢离子和电子依次经过质体醌、细胞色素、质体蓝素的传递,最终被传递到光合作用系统Ⅰ(PSⅠ)的铁氧还原蛋白上。铁氧还原蛋白在厌氧条件下诱导出[FeFe]氢化酶活性,从而使氢离子在[FeFe]氢化酶上吸收电子产生氢气。如下图红线路径所示。

因此微藻产氢的条件和效率是与氢离子、电子、氢化酶的数量和在厌氧环境的情况下激活氢化酶,并把氢离子和电子传递到氢化酶路径上去有关。在具体实践上微藻产氢与藻种、培养基的配方、厌氧环境建立以及光照方式,都有着极大的关系。

沐耕山(上海)生物能源科技有限公司在去年已经开始进行绿藻产氢实验,在藻种的筛选、培养基的优化、厌氧环境建立方式和光胁迫条件取得了突破,出气率高达32mmol/L,其中氢气的比率达80%,并完成了工业化生产工艺的准备工作。目前正在寻求融资建设中试基地,为大规模生产、复制做准备。

生物制氢除了对环境排碳有帮助以外,它还是一种可再生的能源。并且它可以在任何地方进行生产,避免了氢气的长途运输。沐耕山(上海)生物能源科技有限公司的生产工艺可以进行大规模的生产,生产过程高度自动化,并没有任何的排放物对环境造成影响。氢气生产后所剩余的生物质可以再次利用为高效的植物蛋白原材料,可用于食品添加剂和鱼饲料。这使得整个的氢能源产业链完全绿色化。

本文转自微信公众号微藻博士https://mp.weixin.qq.com/s/0pvGkZUpeOon8dj5RK4nhg

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