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藻类制氢的技术实现途径与应用前景

摘要：对氢能的优势以及藻类制氢技术进行了介绍，重点针对藻类制氢技术

的实现途径进行了阐述，并描绘了其与能源可持续发展的联系。同时，提出了其

当前面临的技术难点，对其未来发展前景进行了展望。尽管仍有待于进一步完善，

但在当前的能源环境背景下，藻类制氢技术有着广阔的应用前景，对其开展深入

研究有着长远的实际意义。

引言

为了实现可持续发展，找到充足的清洁能源供应为当前面临的最大的技术挑

战之一，能源发展与全球局势稳定、经济繁荣、生活品质有着密切联系。就目前

而言，日常生活中的大部分能量供给均由化石能源提供。不断增长的能源需求会

加速有限的化石能源的枯竭，作为世界主要的石油出口国之一的阿拉伯联合酋长

国，至2040年左右，其石油与天然气将无法满足日渐增长的需求。化石燃料在

燃烧过程中除了释放温室气体CO之外，其所产生的空气污染物还会包括NO、

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SO、CO、固体颗粒物及具有挥发性的有机化合物，以此会对大气造成严重污染。

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化石燃料除了在日渐减少的同时，也增加了大气环境中CO的含量。在过去

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的数年中，针对未来可利用的能源开展了研究，重点为能实现可持续发展的替代

能源，主要包括氢能、生物能、风能、核能、太阳能等。

1氢能与藻类制氢技术

H由于其可再生性、燃烧过程不会产生温室气体CO，燃烧时能量密度较高，

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以及可通过燃料电池转换为电能等优势，通常被视为一类充满应用前景的清洁能

源。早在20世纪90年代末期，可持续产氢技术有了显著突破，但目前其仅限于

在实验室内部的小规模生产，尚无法得以大规模商业化。

目前，自然界存在的光解水反应及氢化酶物质。O对氢化酶的功用会产生一

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定的负面影响，同时会对氢化酶产生抑制影响。

藻类是最古老的生命形式之一，是植物中的一类，具有叶状体结构及可再生

细胞，同时，可利用叶绿素a作为主要的光合作用色素。藻类的组织构造主要可

为细胞自身生长转化能量，此类简单的生产模式可使其在适应环境条件及繁衍发

展过程中具有一定优势。

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藻类可从自然界中大量获取，并通过高效的光合作用产生燃料H。以绿藻为

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例，其可在理想的生长环境中以极高的速率生产。

目前，主要的制取氢方式——电解水和富氢化合物催化重整，均须通过大量

能量的输入方可实现，就目前的生物制氢技术而言，其可通过微生物将生物质或

太阳能转换为H。

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藻类制取的H主要基于光合作用的光对水分子的光解反应。可制取H的微

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生物通常包括来自真核生物与原核生物不同属性的上百种物种。产氧光合作用生

物体可利用水作为光合作用的质子与电子来源。在该类生物体中仅有绿藻和蓝藻

能具备持续生产H的能量。

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通过藻类生物质生产氢能过程通常包括2类：热化学过程和生物过程。热化

学过程通常有4种：燃烧、高温分解、液化和气化。生物过程通常有5种：直接

生物光解、间接生物光解、生物水气转换反应、光发酵和暗发酵。采用藻类制氢

的技术主要为直接生物光解及间接生物光解2类。

2直接生物光解技术

直接生物光解以藻类将水分子直接分解为H和O的能力为基础，通过水分

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解过程提取的