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摘要：本文不僅通過(guò)對新能源的開(kāi)發(fā)情況，尤其對氫能的詳細闡述，說(shuō)明作為最具開(kāi)發(fā)價(jià)值的新能源之一的氫能，對未來(lái)發(fā)展的重要性；還通過(guò)詳細論述具有巨大潛在開(kāi)發(fā)意義的光合細菌產(chǎn)氫，讓更多人了解其在解決目前人來(lái)面臨的能源枯竭和生態(tài)失衡中發(fā)揮的特殊作用。
關(guān)鍵詞：新能源；氫能；光合細菌
前言
社會(huì )生產(chǎn)的發(fā)展對能源的需求逐年增加，化石能源的過(guò)度利用，不僅造成了社會(huì )發(fā)展的能源儲備不足，還由此引發(fā)了一系列環(huán)境和生態(tài)問(wèn)題。展望未來(lái)發(fā)展，人們對新能源的關(guān)注日益升溫，目前一些新能源利用技術(shù)上的突破性研究，為氫能源實(shí)際規�；瘧命c(diǎn)亮了希望之燈。氫能作為一種新能源以其獨特優(yōu)點(diǎn)吸引著(zhù)很多研究者及能源開(kāi)發(fā)商的目光，光合細菌（Photosynthetic Bacteria,簡(jiǎn)稱(chēng)PSB）產(chǎn)氫自發(fā)現到現在取得了一系列成果，盡管在規�；a(chǎn)上還需要一段時(shí)間，但是其流露出的誘人前景值得我們繼續深入研究。
1新能源
1.1新能源開(kāi)發(fā)的意義
新能源是相對于常規能源—技術(shù)上比較成熟且已被大規模利用，如煤、石油、天然氣、大中型水電等—而言，指尚未規�；谜诜e極研究開(kāi)發(fā)的能源，如太陽(yáng)能、風(fēng)能、現代生物質(zhì)能、地熱能、潮汐能以及核能、氫能 [1,2]。
自1993年我國成為石油凈進(jìn)口國，且進(jìn)口量逐年增加，國際能源價(jià)格的多變，勢必對我國經(jīng)濟社會(huì )發(fā)展造成相當大的影響[3]。日趨惡化的環(huán)境形勢也迫使我們不斷尋求新能源，實(shí)現經(jīng)濟、環(huán)境和社會(huì )的科學(xué)發(fā)展。
“2009中國（廣州）國際新能源融資論壇暨新能源博覽會(huì )”提出各國通過(guò)發(fā)展新能源來(lái)抵制今年的金融風(fēng)暴的新思路[4]。中國政府非常重視并積極發(fā)展新能源，近年來(lái)陸續頒布《可再生能源中長(cháng)期發(fā)展計劃》和《核電中長(cháng)期發(fā)展規劃》等。
1.2新能源的利用
目前得到利用的新能源有：太陽(yáng)能、核能、化學(xué)電源、生物質(zhì)能、風(fēng)能、潮汐能、地熱能、可燃冰，我國目前利用新能源是燃燒型生物質(zhì)能，小部分是水電，而太陽(yáng)能、地熱能、風(fēng)能等利用率都不是很高，且沒(méi)有形成規�；�。
2氫能
2.1氫能利用特點(diǎn)
目前氫能主要用于石化、冶金等工業(yè)中作為重要原料、物料；固體氫可用于飛船結構材料；氫也可用于燃料電池，如Ni-MH電池用于手機、筆記本電腦等；其在電動(dòng)力方面也有廣泛的應用，如汽車(chē)廠(chǎng)商通用、福特、豐田、奔馳、寶馬、克萊斯勒等國際大公司，已經(jīng)開(kāi)發(fā)研制成功氫燃料電池汽車(chē)[5]。
氫能利用特點(diǎn)：①燃燒性能好，燃點(diǎn)高，燃燒速度快，即使在嚴寒環(huán)境，也能點(diǎn)火且與空氣混合可燃范圍寬（4％-75％）；②燃燒形式多樣，燃料可直接提供機械動(dòng)力；③燃燒清潔，不產(chǎn)生任何污染，生成水可循環(huán)利用；④燃燒熱值大，每千克氫可產(chǎn)生熱能120.4MJ，是汽油的3倍，酒精的3.9倍,焦炭的4.5倍;除核燃料外，所有礦物燃料望塵莫及；⑤熱導率和熱容高，是極佳冷卻工質(zhì)和熱載體；⑥熱轉化效率高，能量密度高，可以多種形態(tài)儲存，運送成本低等[3-13]。
2.2氫能生產(chǎn)途徑
煤氣化制氫：煤作為燃料歷時(shí)已久，它也是一種重要的化工原料。我國煤炭資源豐富，因此曾經(jīng)是制氫的主要原料之一，但此法因產(chǎn)生CO2明顯高于其他制氫工藝，從溫室效應對全球氣候變暖的影響和化石能源可使用量逐漸減少的角度考慮，此法會(huì )逐漸會(huì )被其他方法所代替。
天然氣制氫：天然氣被廣泛認為是繼木柴、煤炭、石油之后第四代主體能源，也是氫能開(kāi)發(fā)早期主要原料之一，目前最常用、最經(jīng)濟制氫技術(shù)是天然氣重整技術(shù)[6]。
電解水制氫：電解水制氫反應式：2H2O電解→2H2↑+O2↑，電解水制氫的優(yōu)點(diǎn)---產(chǎn)品純度高、操作簡(jiǎn)便、無(wú)污染、可循環(huán)利用等[6]。為了提高制氫效率,電解通常在高壓下進(jìn)行,采用的壓力多為3.0～5.0Mpa且目前電解效率只達到50%～70%[5]。
光解水制氫：1972年日本學(xué)者Fujishima和Honda對光照TiO2電極導致水分解而產(chǎn)生氫氣這一現象的發(fā)現，開(kāi)啟了光解水制氫技術(shù)的研究，但大多數用于光解水的催化劑僅能吸收紫外光（而其在太陽(yáng)光中所占比例只有3％左右）。研究開(kāi)發(fā)高效率光解水催化劑是實(shí)現此法應用的關(guān)鍵技術(shù)[6]。
生物質(zhì)氣化制氫：生物質(zhì)氣化制氫是將薪柴、稻草、麥秸等在氣化爐（或裂解爐）中進(jìn)行氣化，裂解生成含氫燃料的技術(shù)。地球上每年生長(cháng)的生物質(zhì)總量為1400億～1800億噸干物質(zhì)，相當于目前總能耗的10倍，其具有分布廣，不受地域限制的特點(diǎn)，尤其對能源不足的偏遠地區，有很大實(shí)用價(jià)值[7]。然而氣化裂解需要很高的溫度，對設備要求也高，如若用清潔能源（如太陽(yáng)能、電能等）來(lái)代替化石能源提供動(dòng)力，是未來(lái)發(fā)展的一個(gè)方向[7,17]。
綠藻產(chǎn)氫：綠藻屬于真核生物，含光和系統I(PSI)和含光和系統Ⅱ(PSⅡ),不含固氮酶，氫氣代謝全由氫酶調節，產(chǎn)氫酶對O2很敏感，氣相1.5％O2濃度，就會(huì )使其失活[2]。因此此法產(chǎn)氫技術(shù)關(guān)鍵需要將產(chǎn)生的O2很好分離開(kāi)，不影響產(chǎn)氫酶活性。
藍藻（又稱(chēng)藍細菌）產(chǎn)氫：藍藻是一類(lèi)能夠進(jìn)行放氧光合作用的原核生物, 其固氮酶在催化固氮的同時(shí)催化氫的產(chǎn)生：N2 + 8H + + 8e- +16ATP→2NH3 +H2 + 16ADP + 16Pi，吸氫酶（提供電子、ATP,去除氧氣）可氧化固氮酶放出的氫：2H++e- ←→H2,可逆氫酶既可以吸收也可以釋放氫氣。藍細菌靠這三種酶共同作用來(lái)產(chǎn)生氫氣[8]。
厭氧發(fā)酵細菌產(chǎn)氫：厭氧發(fā)酵細菌能在氮化酶或氫化酶作用下能將甲酸、丙酮酸、CO及各種短鏈脂肪酸等有機物、硫化物、淀粉、纖維等糖類(lèi)分解產(chǎn)氫氣。此法產(chǎn)氫氣率低、能量轉化率只有33％左右[7]。有人研究用巴氏梭菌(C.pasteurianum)和丁酸梭狀芽孢桿菌(C.buytricum)進(jìn)行過(guò)產(chǎn)氫研究，也有人用非硫紫色細菌Rh.gelatinosa和Rh.rubrum(需少量光能)進(jìn)行熱化學(xué)—微生物聯(lián)合產(chǎn)氫：CO+H2O→H2+CO2 。此法允許O2 、硫化物等存在，該菌對生長(cháng)條件要求不嚴格。
光合細菌產(chǎn)氫：1937年Nakamura首先發(fā)現光合細菌在黑暗條件下的產(chǎn)氫現象。到1949年，Gestmen報道深紅螺菌（Rhodospirilum rubrum）在光照條件下產(chǎn)氫，人們對PSB光合產(chǎn)氫的機制進(jìn)行了不斷探索，PSB光合產(chǎn)氫的能量轉化率理論上高于厭氧菌的厭氧黑暗產(chǎn)氫過(guò)程（2.845×106﹥0.950×106），Hillmer和Gest測得PSB從乳酸和葡萄糖中產(chǎn)氫的實(shí)際能量轉換效率達到72％和32％[5]。
在光照條件下，PSB的固氮酶在缺少其生理性基質(zhì)N2或產(chǎn)物NH4+時(shí)能還原質(zhì)子放出H2；由于其只含PSI，且電子供體不是水而是有機物或還原態(tài)硫化物,所以光合磷酸化過(guò)程不放氧，這種產(chǎn)氫不放氧的特性（與藍細菌和綠藻相比）,可大大簡(jiǎn)化生產(chǎn)工藝，省去產(chǎn)物O2和H2的分離，也不會(huì )造成固氮酶活性的喪失[10]。
