就是把硫从藻类培养液中拿掉则发现绿藻的光合作用会骤然停止.DOC

再生能源新技術--綠藻產氫 基於有效率的應用天然資源及環境保護因素的考量，在先進國家一般相信氫氣未來將於能源產業扮演重要角色，甚且宣稱氫氣是21世紀的能源。 氫氣如要成為21世紀的能源系統，有許多關鍵的問題需要解決，譬如：氫氣的製造、儲存、運輸，燃料電池技術、太陽光電技術等。目前在歐、美、日等先進國家均已投入龐大人力、物力針對各項關鍵技術進行研究。為維持其於世界的主導地位，更擬定氫氣發展軌跡（2030 Hydrogen Roadmap），據此確立各項研究工作，計畫性的全面推動。 氫氣的來源是氫能源世紀的主要關鍵，目前氫氣絕大部分來自原油、煤與天然氣，僅約百分之五來自電解水或生質能等。提高石化製氫效率是面對石化資源枯竭，立即而有效率的做法，但溫室效應的威脅仍然存在，且化石能源也有用盡的一天。事實上唯有以某種形式將太陽能直接或間接轉換成氫氣方是長久之計。本文將介紹一種早為科學家所習之，但卻未曾引起波瀾大波的太陽光氫氣方法--藻類製氫。 1997年夏天UC Berkeley大學的Anastasios Melis 教授，當他正研究藻類的光合成效率時發現了一個現象，就是把硫從藻類培養液中拿掉，發現綠藻的光合作用會驟然停止。經過進一步研究，一年後也就是1998年夏天，Melis及Seibert發現在一個密閉瓶中的藻類，如果於培養液中除去硫化物，光合成作用會停止，呼吸作用則仍繼續進行。然而當容器中的氧氣耗盡時，綠藻既不能行光合作用，也無法進行呼吸作用，但此時另一新陳代謝機制會被啟動，同時會產生氫氣，而氫氣的產出量遠高於以往任何文獻報導，且綠藻可繼續存活下來。該項由美國能源部所贊助研究計劃隨即邁入一個緊鑼密鼓的研究階段。於公元2000年，在一個由American Association for the Advancement of Science 所安排的記者會，Melis教授正式將兩年多的研究成果公諸於世。整體而言，該藻類的生理機能包含兩個依時序分開的流程，一為已知之光合作用，產生氧氣，並製造出含碳的化合物，如醣類、蛋白質、細胞物質、脂質及高能量分子ATP。另一為藉著新陳代謝細胞物質以產生ATP，達到存活的目的，同時放出氫氣。Melis教授發現在經過一段時間的製氫新陳代謝之後，如果在適當的培養下，讓藻類重新進行正常的光合作用一段時間後，藻類非但可存活下來，同時又可再一次藉由缺硫缺氧的環境，迫使藻類啟動製氫的機制，他們發現此生物系統可一再上述循環的重複，至於可循環次數，經兩年研究仍無答案。因為尚未觀察到藻類數量明顯衰退減少，他們同時也研究出使藻類再次成長茁壯所需的培養液，由其成分（如表一）觀之，均為平常的化合物，價格應非常低廉。 【表一】 8m M KNO3 550 μM Na-citrate 0.3 μM CuSO4 8m M NaCl 100 μM MgSO4 0.1 μM MoO3 1m M Na2HPO4 45 μM H3BO3 0.08 μM MnCl2 3m M NaH2PO4 7.5 μM Fe2(SO4) 0.5﹪(w/v) glucose 1m M CaCl2 0.7 μM ZnSO4 0.25﹪(w/v) yeast extract 該項研究成果已經提出專利保護（US Patent Application Publication No:2001/0053543A1），並募得資金成立一家公司，朝商業化之路邁進。 【藻類製氫原理】 分子氫，也就是俗稱氫氣，與具生命的物質間直接互動的現象，在自然界中是廣泛存在，而彼此間的互動主要是藉著氫化脢(hydrogenases)的作用進行。在於與氫分子有關之新陳代謝機理則隨著不同的真核(eukaryotic)與原核生物而有很大的差異，生物體與氫分子的反應可概分為兩類：一為利用氫的還原力推動代謝程序，此類型屬於氫消耗反應；一為氫氣產生反應。第二類型反應即為本文所要介紹的。 氫氣產生反應在原核生物（如菌類）中具有降低過多電子對細胞所造成之壓力（electron pressure）。譬如厭氧酵母菌（anaerobic fermentative bacteria）於分解含碳之物質以製造腺核甘三磷酸（ATP）時，由於缺少可接受電子的氧氣，於是部分組織遂以質子作為收受終端電子的接受器，因而產生了氫氣。隨著氫氣的產生，後續新陳代謝的許多步驟，也可獲得進行。在真核生物中（如藻類），光合成氫分子的效應，於1942年時即為Gaffron及Rubin所觀察到。其後許多科學家更進一步發現光照過的藻類，在經過一段黑暗時期及缺氧的孕育後，藻類會有一段短時間的製氫期。在20世紀70年代Kessler發表了數篇學術論文，他發現藻類藉由氫化脢催化產製氫分子的反應，事實上與將所吸附二氧化碳分子在細胞內附著固定（C