利用绿藻进行光合生产生物燃料的新方法

2019-12-13 201藻类

为了防止气候变化,减少碳排放需要开发可持续和可再生生物燃料生产的新技术。分子氢因其高能量密度和清洁无碳利用而被认为是最有前途的能源载体之一。芬兰图尔库大学的一个研究小组发现了利用绿藻进行光合生产生物燃料的新方法:通过绿藻的光合作用,将太阳能转化为生物氢的化学能。

光合作用

在光合作用期间,绿藻利用收获的太阳能来分解水,向大气释放氧气,并产生生物量,作为蓝色生物精炼厂的优良饲料。

绿藻也是高效的生物催化剂,可以将太阳能和二氧化碳直接转化为不同的有价值的化合物,如维生素、抗氧化剂、聚合物和碳水化合物。

“当藻细胞第一次在厌氧条件下孵化在黑暗中曝光,他们开始生产氢效率,但不幸的是只有几秒钟,“研究小组的领导人,土尔库大学分子植物生物学副教授Yagut Allahverdiyeva-Rinne说。

几十年来,研究人员一直认为,在光照条件下藻类长期产生氢的主要障碍是氢酶的破坏,而氢酶是这一过程中的关键元素,是由氧气引起的。

由于藻类在光合作用过程中不断释放氧气,而光合作用与氢的产生同时发生,在光照的培养环境中维持厌氧条件一直是特别麻烦的,”该研究小组的一名成员、资深研究员Sergey Kosourov说。

利用绿藻进行光合生产生物燃料的新方法

图尔库大学的研究人员决定将从藻类光合作用基础研究中获得的知识应用于研究中,并建立了一种生产氢气的新方法,这种方法不会使绿藻遭受额外的营养饥饿,因此也不会对细胞施加任何显著的压力。

研究人员发现,只要将厌氧藻类培养物暴露在一组强而短的光脉冲中,就可以显著地提高氢气的产量。

“在这种条件下,暴露在阳光下的藻类培养物不会在培养基中积累氧气。此外,藻类通过阳光将分解水产生的电子转化为氢气,而不是生物量的积累。这一过程至少要持续数天,氢的最大生成速率出现在前8个小时,”Kosourov说。

研究清楚地表明,高效产氢的主要障碍不是氧,而是两种代谢途径之间的激烈竞争:导致生物量积累的二氧化碳固定和催化产氢的氢化酶。

“利用绿藻进行光合生产生物燃料的新方法,这项研究为建造高效的活细胞工厂开辟了新的可能性,这些工厂可以直接从阳光、二氧化碳和水中生产生物燃料和不同的化学物质。这项研究为如何在生物质生产中避免‘浪费’太阳能提供了重要的信息,以及如何将这种能源直接用于生产有用的生物产品,”Allahverdiyeva-Rinne说。

研究人员开发的新方法对藻类光合作用的基础研究和工业部门在大规模生产碳中性生物燃料新技术的研发工作都有价值。

引用

University of Turku. "Novel approach for photosynthetic production of carbon neutral biofuel from green algae." ScienceDaily. ScienceDaily, 3 May 2018.
www.sciencedaily.com/releases/2018/05/180503142727.htm.

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