2020年5月7日| 6分钟阅读基尔(Kiel)研究小组观察蓝藻如何转化为制氢工厂从化石燃料向可再生能源供应的转变是21世纪最重要的全球性挑战之一。Kirstin Gutekunst博士与Jens Appel博士、Vanessa Hüren博士和Marko Boehm博士（从左到右）一起研究蓝藻如何被用于生产太阳能氢。Sarah Hildebrandt为了实现国际商定的将全球变暖限制在最高1.5度的目的，国际社会必须大幅度淘汰全球二氧化碳排放量。只管德国恒久以来被认为是这一能源转型的先驱，但在能源领域广泛转向可再生能源仍然是未来的一个设想。
在这方面，氢作为一种有前途的、潜在的气候中性能源，在未来可能发挥重要作用。用于燃料电池，它为种种应用提供能量，而且只生产水作为废物。
到现在为止，这些能量主要来自化石燃料。气候中性氢经济，纵然用所谓的绿色氢，要求氢气生产完全基于可再生能源。研究人员正试图使用这种可连续的能源，例如光互助用。
自那时以来，光互助用为人类提供了来自阳光的能量，无论是以食物的形式还是作为化石燃料。在这两种情况下，太阳能最初都储存在碳化合物中，如糖。如果这些碳化合物被开发，二氧化碳就被释放。
光互助用CO2牢固物基本上被逆转，以便从碳化合物中接纳太阳能。基尔大学（Kiel University）的Rüdiger Schulz教授是植物研究所的低级研究小组“光自养生物能量学”，由Kirstin Gutekunst博士向导，研究如何在节能历程中制止碳循环和由此发生的二氧化碳排放。Gutekunst在解释她的研究方法时说：“为了到达这个目的，直接以氢的形式储存太阳能是很是有希望的——这不会发生二氧化碳，而且由于直接转化，效率很是高。
”。在她的团队中，她研究了一种特殊的蓝藻：通过光互助用，它可以发生几分钟的太阳氢，但随后被细胞完全消耗掉。在他们现在的研究中，基尔大学的研究人员形貌了这一机制在未来的生物技术应用中的潜在用途：他们能够将活蓝藻中的一种特殊酶，即所谓的氢化酶，与光互助用联合起来，从而使细菌长时间发生太阳氢，不用耗它。
科学家们今天在著名的科学杂志《自然能源》上揭晓了他们的发现。蓝藻作为制氢工厂就像所有绿色植物一样，蓝藻也能举行光互助用。
在这个历程中，太阳能被用来剖析水，并以化学方式储存太阳能——特别是以糖的形式。电子通过所谓的光系统，在光系统中，它们履历一连串的反映，最终发生通用能量载体三磷酸腺苷（ATP）和所谓的还原型辅酶Ⅱ（NADPH）。随后需要ATP和NADPH来牢固CO2以发生糖。因此，发生氢所需的电子通常是代谢历程的一部门，代谢历程以糖的形式为蓝藻提供储存能量。
基尔研究小组已经开发出一种方法来重新引导这些电子，并刺激生物体的新陈代谢，以主要发生氢。同时也是基尔大学基尔植物中心（KPC）研究网络成员的古特库恩斯说：“我们研究的蓝藻使用一种酶，即所谓的氢化酶，从质子和电子中发生氢。”。“这个历程中使用的电子来自光互助用。
我们乐成地将氢化酶与所谓的光系统I融合，使电子主要用于发生氢，而正常的新陈代谢继续在较小水平上，”古特昆斯继续说。通过这种方式，改性蓝藻发生的太阳氢比以前的实验要多得多。自我修复能力与体外方法相比，活性蓝藻的新陈代谢原则上能够永久地发生氢气。
Kirstin Gutekunst博士除了在试管中的活细胞，或在光伏电池的电极外貌，类似的氢化酶和光系统的融合发生氢气的方法已经存在于体外。然而，这些人工方法的问题在于它们通常是短暂的。氢化酶和光系统的融合必须一次又一次地艰苦地重建。相比之下，基尔研究小组所遵循的路径具有潜在的无限期运作的主要优势。
“活蓝藻的新陈代谢修复并增殖了氢化酶和光系统的融合，并在细胞破裂历程中将其通报给新细胞，因此原则上，这一历程可以永久地继续下去，”项目卖力人古特昆斯强调说。她继续说：“通过我们体内的方法，我们第一次乐成地在活细胞中通过氢化酶和光系统的融合发生了太阳能氢。”。
现在面临的挑战之一是氢酶在氧气存在下失活。在活细胞中继续举行的“正常”光互助用，在此历程中，氧通过水的剖析释放，从而抑制氢的发生。
为了去除氧气，或者更详细地说，为了只管淘汰释放量，现在用于制氢的蓝藻部门地转变为所谓的无氧光互助用。这不是基于水的剖析。
因此，现在用于制氢的电子部门来自水的破裂，部门来自其他泉源。但基尔研究小组的恒久目的是，只将水剖析发生的电子用于制氢。未来能源的观点总的来说，新的活体方法为建设光合水剖析作为气候中性、绿色氢的生产手段，从而促进可连续能源的发生提供了一个有希望的新前景。
从中期来看，对Gutekunst团队中蓝细菌代谢途径的进一步研究特别关注于进一步提高太阳能制氢的效率。KPC讲话人Eva Stukenbrock教授强调：“我们同事的研究结果是一个很好的例子，说明晰植物和微生物的基础研究如何有助于解决社会挑战。”。“因此，我们在基尔为生长可连续的氢经济做出了重要孝敬，作为未来宁静能源供应的可行替代方案，”Stukenbrock继续说。
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