綠藻產氫的機制及研究進展

王婧怡 , 趙 琪, 賈蒲連, 付愛根, 王 菲

(1. 西北大學生命科學學院, 西安 710069; 2. 西北大學榆林碳中和學院, 西安 710069)

隨著全球人口增長和經濟飛速發展,人類對資源的需求也日益增長。煤炭等化石燃料的大量使用導致溫室氣體濃度增加,引發全球氣候變暖以及極端天氣頻發等環境問題。因此,開發可持續、無污染的新能源成為全球科學家重點研究的方向。

氫氣具有高效、清潔和熱值高等優點,被認為是最有價值的可再生能源。傳統的制氫方式包括化石燃料的重新轉化和電解水等,但這些方法并不能從根本上解決能源短缺和環境污染等問題。綠色生物制氫作為當今新能源領域的熱門方式亟待發展,有助于早日實現“碳達峰、碳中和”的目標。

生物制氫是通過多種微生物(如微藻、光合細菌和一些異養細菌等)的不同代謝途徑產生氫氣。微藻繁殖速度快且易培養,并具有固定二氧化碳的能力,其通過太陽能利用水生產氫氣,成本低且資源廣泛,是綠色工廠生產氫能源的首選物種。光合產氫的微藻主要分為真核綠藻和原核藍藻兩大類,它們以太陽光為能量來源,以水為電子供體,通過體內氫化酶的催化作用產生氫氣和其他生物燃料,并且光合產氫過程不會產生溫室氣體和其他有害物質,是目前最理想的生物制氫途徑。相比藍藻,綠藻光合產氫效率更高,目前多以綠藻作為生物產氫的研究和應用對象[1]。

1 綠藻光合產氫的作用機制

綠藻的光合作用發生在葉綠體的類囊體膜上,其光合系統包括光系統I(PSI)和光系統II(PSII),PSII利用太陽能裂解水產生氧氣和電子,而PSI利用太陽能和電子生成還原型輔酶II(NADPH)。……