节能减碳可说是当今世界趋势, 许多科学家致力于研发永续生质燃料来对抗气候变迁, 其中由于零排放与高储存容量, 氢分子认为是最具潜力的能源载体. 芬兰图尔库大学(University of Turku)透过绿藻光合作用, 将太阳能转换成化学生物氢(biohydrogen).
绿藻在行光合作用时, 会藉太阳能来分解水, 并释放氧气与制造生物质, 绿藻同时也是高效生物催化剂, 能将太阳能与二氧化碳转换成维生素, 抗氧化剂, 聚合物和碳水化合物.
图库尔大学 Yagut Allahverdiyeva-Rinne 分子植物生质助理教授表示, 以往研究先在黑暗的脱氧环境中孵育微藻细胞, 之后再将细胞置于阳光下制氢, 不过高效制氢仅维持几秒而已.
过往十几年的研究中, 科学家都认为由氧引起的氢化酶(hydrogenase)为绿藻无法长时间制氢的主要障碍, 资深研究员 Sergey Kosourov 指出, 由于藻类在光合作用过程中会不断释放氧气, 并同时制造氢气, 所以很难在阳光下培养并维持缺氧条件.
因此图尔库大学研究员根据藻类光合作用基础知识, 打造新型制氢方法. 该方法不用将绿藻置于缺乏营养环境, 因此也不需要对细胞施加任何压力. 研究员指出, 只要透过将缺氧微藻暴露在强而短的光脉冲下(light pulses), 便可显著延长制氢时间.
Kosourov 表示, 暴露于脉冲下的藻类不会在培养基中累积氧气, 藻类也会将水分解产生的电子引导至制氢作用而不是生物累积(biomass accumulation), 这效果可持续好几天, 高效制氢则可维持 8 小时.
研究显示, 高效制氢的障碍不是氧气, 而是细胞中两个代谢途径(metabolic pathway)在进行竞争, 分别是二氧化碳固定导致的生物累积与光生氢催化而成的氢化酶.
Allahverdiyeva-Rinne 指出, 这项研究为打造高效活性细胞工厂(cell factories)开辟新可能性, 可用阳光, 二氧化碳和水制造生物燃料和不同的化学用品. 该研究也同时提供避免生物质「浪费」太阳能的方法, 以及如何将这些能量直接用于制造生质产品, 对于藻类光合作用基础研究与大规模生产生质燃料都很有帮助.
