早在大約60年前，人們就首次觀察到綠藻可以生成氫氣的現(xiàn)象。但長(zhǎng)期以來(lái)，人們一直把這一現(xiàn)象，只當(dāng)作是生物界的一項(xiàng)奇聞來(lái)看，并沒有予以任何重視。一般來(lái)說(shuō)，為了讓植物細(xì)胞能夠生成氫氣，人們必須把這些細(xì)胞，與光和氧氣隔絕一陣子。在這樣的條件下，植物細(xì)胞內(nèi)部一種可生成氫氣的酶，也就是氫化酶，便會(huì)被激活。假如此時(shí)，人們?cè)侔堰@些綠藻，置入陽(yáng)光下的話，氫氣生產(chǎn)便會(huì)開始，但它只會(huì)延續(xù)幾秒鐘，最多幾分鐘的時(shí)間，便告結(jié)束。從經(jīng)濟(jì)角度而言，如此低的氫氣產(chǎn)量，是沒有什么意義的。

現(xiàn)在，人們已經(jīng)可以刺激藻類，明顯地提高其生產(chǎn)能力了。德國(guó)波恩的生物學(xué)家所獲得的科研成果，也為此做出了很大貢獻(xiàn)。就像所有綠色植物一樣，綠藻也具備兩套光合系統(tǒng)，它們是由類似于胡蘿卜素和葉綠素這樣的分子組成的。這些分子的特長(zhǎng)，是收集和利用陽(yáng)光。

這些光合系統(tǒng)，也可以被看成是某種由光照帶動(dòng)的電子傳送帶。植物細(xì)胞可以利用這些電子，合成能量豐富的化合物。就是氫氣的生產(chǎn)過(guò)程，也和光合作用時(shí)所傳送的電子數(shù)量有關(guān)。氫化酶，這個(gè)綠藻在進(jìn)化發(fā)展過(guò)程中，所保留下來(lái)的殘遺，就是利用電子，分別把兩個(gè)、兩個(gè)的質(zhì)子，轉(zhuǎn)化成一個(gè)個(gè)的氫分子。

然而，處于整條光合作用鏈第一節(jié)點(diǎn)上的光合系統(tǒng)，受到陽(yáng)光輻照時(shí)所生產(chǎn)的，并不僅僅是電子。由于水分子，同時(shí)也被分解，所以，它也會(huì)生產(chǎn)出氧分子。恰恰這一效應(yīng)，卻是一個(gè)障礙，假如綠藻細(xì)胞應(yīng)當(dāng)起到氫氣工廠的作用的話，因?yàn)檠鯕饪梢韵龤浠傅幕钚?，使其處于癱瘓狀態(tài)。

這也是綠藻為什么在過(guò)去的實(shí)驗(yàn)中，只能在很短的時(shí)間內(nèi)，提供氫氣的原因所在。一旦由于光合作用而產(chǎn)生的氧氣，達(dá)到了一定的濃度之后，氫化酶，便停止了它們的工作。

多年前，科學(xué)家們就已經(jīng)成功地利用一種抑制劑，有針對(duì)性地阻止了負(fù)責(zé)生成氧氣的那個(gè)光合系統(tǒng)，繼續(xù)工作。只不過(guò)，這樣一來(lái)，這個(gè)系統(tǒng)，也就不再生成電子了，使得處于無(wú)氧狀態(tài)下的綠藻，不得不轉(zhuǎn)換它們的新陳代謝機(jī)制。它們開始降解其自身儲(chǔ)藏的物質(zhì)，比如淀粉和蛋白質(zhì)。

這樣的降解過(guò)程，同樣也會(huì)生成電子。隨后，這些電子又被另一個(gè)、不受抑制劑影響的光合系統(tǒng)，在陽(yáng)光輻照的作用下，輸送到高一級(jí)的能量上。這樣一來(lái)，氫化酶便可以利用這些“高能”電子，轉(zhuǎn)換釋放出人們所希求的氫分子。

與此相比，最近才開發(fā)出來(lái)的另一種方法，就顯得更為巧妙。這種方法的關(guān)鍵之處，在于去硫。假如給盛放在封閉式，也就是不流通的容器中的綠藻，供給不含硫的營(yíng)養(yǎng)液的話，那么，即使這些綠藻受到陽(yáng)光的輻照，它們所生成的氧氣，也會(huì)越來(lái)越少，其產(chǎn)量可以逐步降到正常水準(zhǔn)的十分之一。

與此同時(shí)，在所謂的細(xì)胞呼吸過(guò)程中，物質(zhì)新陳代謝所需的氧氣量，卻不會(huì)減少。因此，營(yíng)養(yǎng)液中的氧氣含量，便會(huì)很快降低，氫化酶的活性，也就會(huì)相應(yīng)地增強(qiáng)。也就是說(shuō)，在缺硫的情況下，綠藻自己所選擇的新陳代謝之路，其結(jié)果，恰恰是光照帶動(dòng)的氫氣生產(chǎn)。

不過(guò)，最晚七天之后，這些氫氣生產(chǎn)者的生產(chǎn)能力，便會(huì)明顯下降。這時(shí)，必須要讓它們歇息一下，重新進(jìn)行正常的光合作用，再次積蓄淀粉和蛋白質(zhì)，恢復(fù)體力。通過(guò)提高營(yíng)養(yǎng)液的硫含量，便可以很容易地達(dá)到這一步。從某種意義上來(lái)說(shuō)，硫元素，在此起著控制器的作用。人們可以依靠它，隨意控制綠藻，要么生產(chǎn)氧氣，要么生產(chǎn)氫氣。

從純計(jì)算的角度而言，一平方米面積的綠藻液，在德國(guó)的照仗跫攏刻煒梢蘊(yùn)峁?/FONT>20克的氫氣。理論上來(lái)說(shuō)，大規(guī)模的設(shè)備，完全可能生產(chǎn)出數(shù)量可觀的氫氣，用于能源供應(yīng)。然而，實(shí)際情況，和這個(gè)理論生產(chǎn)力的實(shí)現(xiàn)，還相隔甚遠(yuǎn)。

用波恩學(xué)者哈珀的話來(lái)說(shuō)，就是目前還存在三個(gè)“生物障礙”。首先，至今在實(shí)驗(yàn)室里培養(yǎng)出來(lái)的綠藻，在進(jìn)行電子輸送時(shí)，頂多只利用了其光合能力的20％。此外，綠藻也進(jìn)化發(fā)展出一種保護(hù)機(jī)制，當(dāng)陽(yáng)光輻照過(guò)強(qiáng)時(shí)，保護(hù)自己不受影響。這一保護(hù)機(jī)制，同樣也降低了綠藻的氫氣生產(chǎn)能力。第三個(gè)障礙，是這些綠藻，不能連續(xù)作業(yè)，而是不斷需要長(zhǎng)達(dá)兩天的休息時(shí)間，以“恢復(fù)體力”。

此間，波恩的學(xué)者進(jìn)一步研究了氫氣生產(chǎn)的關(guān)鍵性單元，也就是氫化酶，它有多種亞種。科學(xué)家們成功地從不同的綠藻中，分離出氫化酶基因?，F(xiàn)在，德國(guó)學(xué)者在一項(xiàng)由日本能源部資助的國(guó)際項(xiàng)目中，嘗試把藻類的光合作用系統(tǒng)以及氫化酶，涂到人造膜上。

但波恩大學(xué)的哈珀卻以為，直接利用藻類，更為簡(jiǎn)單。生物學(xué)家們已經(jīng)把氫化酶基因，和一個(gè)控制元，嫁接在一起。后者的作用，是提高讀氫化酶遺傳信息的次數(shù)。帶有這種基因構(gòu)造的藻類，和它們的天然同類相比，氫氣產(chǎn)量，提高了兩到三倍。目前，波恩的生物學(xué)家正在和美國(guó)加州的一家新興公司一起合作，檢驗(yàn)藻類是否適合于用來(lái)進(jìn)行氫氣的大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。假如檢驗(yàn)結(jié)果表明，這只是一個(gè)不可實(shí)現(xiàn)的幻想的話，那么科學(xué)家們至今的努力，也并不是徒勞的。他們的科研成果，今天，就已經(jīng)豐富了生物學(xué)的基礎(chǔ)研究。

摘自 科技之光