節能減碳可說是當今世界趨勢, 許多科學家致力於研發永續生質燃料來對抗氣候變遷, 其中由於零排放與高儲存容量, 氫分子認為是最具潛力的能源載體. 芬蘭圖爾庫大學(University of Turku)透過綠藻光合作用, 將太陽能轉換成化學生物氫(biohydrogen).
綠藻在行光合作用時, 會藉太陽能來分解水, 並釋放氧氣與製造生物質, 綠藻同時也是高效生物催化劑, 能將太陽能與二氧化碳轉換成維生素, 抗氧化劑, 聚合物和碳水化合物.
圖庫爾大學 Yagut Allahverdiyeva-Rinne 分子植物生質助理教授表示, 以往研究先在黑暗的脫氧環境中孵育微藻細胞, 之後再將細胞置於陽光下制氫, 不過高效制氫僅維持幾秒而已.
過往十幾年的研究中, 科學家都認為由氧引起的氫化酶(hydrogenase)為綠藻無法長時間制氫的主要障礙, 資深研究員 Sergey Kosourov 指出, 由於藻類在光合作用過程中會不斷釋放氧氣, 並同時製造氫氣, 所以很難在陽光下培養並維持缺氧條件.
因此圖爾庫大學研究員根據藻類光合作用基礎知識, 打造新型制氫方法. 該方法不用將綠藻置於缺乏營養環境, 因此也不需要對細胞施加任何壓力. 研究員指出, 只要透過將缺氧微藻暴露在強而短的光脈衝下(light pulses), 便可顯著延長制氫時間.
Kosourov 表示, 暴露於脈衝下的藻類不會在培養基中累積氧氣, 藻類也會將水分解產生的電子引導至制氫作用而不是生物累積(biomass accumulation), 這效果可持續好幾天, 高效制氫則可維持 8 小時.
研究顯示, 高效制氫的障礙不是氧氣, 而是細胞中兩個代謝途徑(metabolic pathway)在進行競爭, 分別是二氧化碳固定導致的生物累積與光生氫催化而成的氫化酶.
Allahverdiyeva-Rinne 指出, 這項研究為打造高效活性細胞工廠(cell factories)開闢新可能性, 可用陽光, 二氧化碳和水製造生物燃料和不同的化學用品. 該研究也同時提供避免生物質「浪費」太陽能的方法, 以及如何將這些能量直接用於製造生質產品, 對於藻類光合作用基礎研究與大規模生產生質燃料都很有幫助.
