虽然大多数氢气是通过不可持续的过程（灰色氢气）从天然气中生产的，但也可以使用可再生能源（绿色氢气）生产。

2022年4月11日

微型藻类（图片来源：特拉维夫大学）

氢是世界上最轻、含量最丰富的元素，在标准条件下，它无味、无色、无味、无毒，但高度易燃。随着世界拼命寻找新的、更可持续的、不会导致气候变化和全球变暖的能源形式，氢一直在稳步攀升。虽然无色，但科学家将这种气体标记为三种“颜色”——灰色、蓝色和绿色。

灰色氢气是目前主要生产的一种，价格相对低廉，用于化工行业提炼石油和制造化肥。灰色氢气来自天然气，由化石燃料生产，是可再生性最低的氢气。

在这个过程中，甲烷——天然气中的主要元素——在高温下与蒸汽混合，通过催化化学反应生成氢气和二氧化碳（CO2）。

不幸的是，每产生一公斤灰色氢气，就有将近10公斤的二氧化碳释放到大气中。产生的二氧化碳比例如此之高，使这种形式的氢被称为“灰色”。

用于制造灰色氢气的化学处理技术也用于生产蓝色氢气。最大的区别在于，使用蓝色氢气时，产生的二氧化碳不会逃逸到环境中。取而代之的是，它在生产设施中被捕获并单独储存，但它对环境并不完全友好，因为它不能完全消除排放到大气中的碳。

水（来源：INGIMAGE）

绿色氢气遵循完全不同的生产流程。它使用电解——通过向水施加电能来分离氢和氧分子。风能和太阳能等可再生能源为这一过程发电。在这种可持续能源的闭环中，生产链中的任何一点都不会产生有害气体，这使其成为氢燃料领域的最终目标。

但生产它带来了一些挑战。用于电解的机器价格昂贵，来自太阳能和风能的清洁电力供应有限，因此尽管绿色氢气是理想的，但生产这种清洁能源仍然不切实际。

然而，特拉维夫大学（TAU）的一项新发现可能会大大加快工业从使用污染性灰色氢气向绿色气体的转变。博士生Tamar Elman在TAU的Wise生命科学学院可再生能源实验室Iftach Yacoby教授的指导下，在著名的《细胞报告物理科学》杂志上发表了这项研究，标题为“增强的叶绿体-线粒体串扰促进环境中藻类H2的产生”

在这项研究中，研究人员发现了一种已知的微小藻类变种，该变种首次允许通过光合作用以适合工业要求的规模生产绿色氢气。

研究人员指出，绿色氢可用于为各种类型的电动汽车提供动力，多年来，绿色氢已被用于为自行车和汽车提供动力，这些汽车的污染锂电池被一种将氢转化为电能的燃料电池所取代。

研究人员补充说，绿色氢气的生产可以通过连接到水分解成氢气和氧气的设备（电解槽）上的太阳能电池板实现，但由于这一过程需要贵金属和蒸馏水，因此成本很高。

相反，或者除此之外，生物过程可以用来生产氢气。在自然界中，氢是微藻光合作用的副产品，微藻是存在于每个水库甚至土壤中的单细胞藻类，持续数分钟。但要使这一过程成为一种可持续的能源，人类必须设计出能连续数天或数周产生氢气的微藻菌株。

亚科比解释说，作为实验室测试的一部分，研究人员在显微镜下的藻类中发现了一种新的突变体，可以防止氧气在任何光照强度下积累。因此，该团队建议，可以从中实现连续制氢。

借助生物反应器以升为单位的测量，他们确实能够证明氢气可以连续生产12天以上。亚科比说：“新的突变体克服了迄今为止阻碍氢气持续生产的两大障碍。”。

“第一个障碍是光合作用过程中氧气的积累。通常情况下，氧气会毒害藻类中产生氢气的酶，但在突变过程中，呼吸增加会消除氧气，并为持续产氢提供有利条件。第二个障碍是竞争过程中的能量损失，包括二氧化碳固定成糖。它也在突变体中得到了解决，大部分能量被引导用于连续制氢。”

团队成员目前正在进行一项规模更大的试验计划，并开发方法，以延长氢气收集时间，从而将其成本降低到具有竞争力的水平。亚科比总结道：“新突变株的产氢速率达到了理论速率的十分之一，在进一步研究的帮助下，有可能进一步提高它。”。

本文转载自微藻博士微信公众号