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藻类有望助力氢能规模生产

2019/10/15 16:23:062002

博士后雅克比手持两管物质：左边为从植物中提取的细胞膜；右边为铁氧化还原蛋白，该物质将有效提高氢能产量。

　　随着全球低碳经济的热起，氢能一度成为人们关注的焦点，因为氢能清洁高效、来源广泛，可以从石化、核能、可再生能源中制取，有利于摆脱对化石燃料的依赖。另外，作为燃料，氢能可以在传统的燃烧设备中进行能量转化，与现有能源系统兼容，受青睐程度很高。有不少专家认为，氢能将成为本世纪新能源舞台上的希望之星。目前来看，制约氢能发展的最大问题就是如何大规模、低成本地获取这种能源。　　近日，麻省理工学院生物医学工程学副主任张曙光及相关研究人员在海藻等水性微生物上找到了这一问题的解决途径。　　新型制氢法助推高产量 　　许多种藻类、蓝藻细菌及水生物都可以通过吸收太阳光中的能量来分解水分子，从而释放氢，对能源领域而言，这将意味着零碳排的能源生产过程。这一过程尚未用于燃料生产的原因主要是在通常情况下，生物体可以通过除此之外的其他方式来保证机体生长，因此氢能就不能正常产生。　　张曙光及博士后雅克比及以色列特拉维夫大学的同事和科罗拉多美国国家可再生能源实验室日前已经发现，人们可以通过利用生物工程制成的蛋白质来使生物体优先选择这种营养吸收方式，从而产生更多的氢能。　　雅克比表示：“海藻的确没有兴趣生产氢能，因为它们想产生糖类，因为糖类才是它们维持生存的必须物质，而氢能只算得上副产物。但是通过向海藻生存的环境中加入指定酶，海藻所产生的糖量得到抑制，从而转向氢能的生产。”据悉，目前这一研究已经在美国国家科学院的期刊上发表，该文章还得到欧洲生物学组织的支持。　　麻省理工学院这一研究第一次阐释了海藻怎样同时进行这两个过程，同时，这一过程也阐释了在加入指定酶后，在试验过程中，氢能所产生的整个过程。通过加入指定酶，海藻所产生的氢能总量上涨了4倍。雅克比表示，海藻所产生的糖类得以限制，但并不是停止生产，因为如果这一过程停止，海藻就无法生存。　　新技术有望大规模发展 　　研究人员表示，最终，通过水和阳光来生产氢能的模式将得到大规模开发。氢能可以通过燃料电池的形式直接发电或者驱动汽车，或者可以通过与二氧化碳结合生成甲烷或者其他的清洁燃料，从而减少碳排放。张曙光和雅克比计划对此开展进一步研究以提高氢能的生产效率。张曙光表示：“这一过程产业化的可能非常大。首先，你必须懂科学，即要懂得这一过程所产生的实用价值，从而对氢燃料的生产进行商业规模的发展。这只是时间和金钱的问题。”据悉，现有工业制氢技术主要是化石燃料制氢和电解水制氢，分别利用了化学能和电能，其消耗巨大，让制氢成本陡增，这一度让工业大规模生产氢作为能源的希望变得渺茫。　　雅克比表示：“长期来看，发展可再生能源唯一可行的途径就是依靠太阳或者通过生化反应来制造氢能。具体如何操作，我相信没有唯一的答案，不同的地点和不同的终端用户群将产生不同的方法。通过指定酶来生产氢能的方式在高度工业化国家及发展中国家都可以得到大规模发展，氢能的成本也因此有望下降。这一过程所需的海藻在地球的任何角落都能找到，而且整个过程不存在有害物质。这一过程的最大优点就在于它的简单。　　未来，随着制氢技术的发展和化石能源的减少，氢能利用迟早将进入家庭，首先是发达的大城市，它可以像输送城市煤气一样，通过氢气管道送往千家万户。　　全球大规模发展氢能 　　世界各国都在加快氢能的开发和利用。国外氢能的发展不再单纯停留在技术领域，已产生了“氢能经济”新经济模式的理念。如美国对氢能技术非常重视，虽然目前仍处于示范阶段，但其氢能的技术条件已经成熟。有专家预测，美国燃料电池汽车、氢能生产和加氢基础设施的商业化可望在2015年之前实现。按照美国氢能技术路线图，到2040年美国将走进“氢能经济”时代。在这一阶段氢能将最终取代化石能源成为市场上最广泛使用的终端能源。另外，美国也出台相关政策予以支持，美国能源部曾提出《向氢经济过渡的2030年远景展望报告》，美国能源部正实施“自由汽车计划”和“氢燃料导入计划”，以支持氢能和燃料电池及燃料电动车的研发与示范。　　近5年来，日本产业经济省平均每年投入约2.7亿美元用于燃料电池相关项目研究。目前，日本正通过开展燃料电池汽车的标准、规范、法规、认证制订工作，扎实推进其产业化。　　另外，加拿大和巴西也都希望利用廉价水电推广氢能；人口仅28万的冰岛早在10年前就提出，到2030年让全部机动车和渔船使用氢燃料电池，此外冰岛还成立了由汽车制造商和电力公司组成的新能源联盟，以推进新能源的利用。　　据美国氢气协会分析，氢燃料汽车正在加快推向商业化。但由于目前制氢成本大约为汽油成本的2到4倍，且氢气的大量生产需要能源和基础设施，因此成为主导燃料仍存在许多问题。有专家认为，在2015到2020年期间，制氢成本将与汽油成本相当，这将主要取决于燃料电池汽车的推广和使用。如果投入批量化生产，预计到2015年，燃料电池汽车的生产成本将仅比传统汽车高20％。