博士后雅克比手持兩管物質(zhì)：右邊為從植物中提取的細(xì)胞膜；右邊為鐵氧化還原蛋白，該物質(zhì)將有效提高氫能產(chǎn)量。

隨著全球低碳經(jīng)濟(jì)的熱起，氫能一度成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)，因?yàn)闅淠芮鍧嵏咝?、?lái)源廣泛，可以從石化、核能、可再生能源中制取，有利于擺脫對(duì)化石燃料的依賴。另外，作為燃料，氫能可以在傳統(tǒng)的燃燒設(shè)備中進(jìn)行能量轉(zhuǎn)化，與現(xiàn)有能源系統(tǒng)兼容，受青睞程度很高。有不少專家認(rèn)為，氫能將成為本世紀(jì)新能源舞臺(tái)上的希望之星。目前來(lái)看，制約氫能發(fā)展的最大問題就是如何大規(guī)模、低成本地獲取這種能源。

近日，麻省理工學(xué)院生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)副主任張曙光及相關(guān)研究人員在海藻等水性微生物上找到了這一問題的解決途徑。

新型制氫法助推高產(chǎn)量

許多種藻類、藍(lán)藻細(xì)菌及水生物都可以通過吸收太陽(yáng)光中的能量來(lái)分解水分子，從而釋放氫，對(duì)能源領(lǐng)域而言，這將意味著零碳排的能源生產(chǎn)過程。這一過程尚未用于燃料生產(chǎn)的原因主要是在通常情況下，生物體可以通過除此之外的其他方式來(lái)保證機(jī)體生長(zhǎng)，因此氫能就不能正常產(chǎn)生。

張曙光及博士后雅克比及以色列特拉維夫大學(xué)的同事和科羅拉多美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室日前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，人們可以通過利用生物工程制成的蛋白質(zhì)來(lái)使生物體優(yōu)先選擇這種營(yíng)養(yǎng)吸收方式，從而產(chǎn)生更多的氫能。

雅克比表示：“海藻的確沒有興趣生產(chǎn)氫能，因?yàn)樗鼈兿氘a(chǎn)生糖類，因?yàn)樘穷惒攀撬鼈兙S持生存的必須物質(zhì)，而氫能只算得上副產(chǎn)物。但是通過向海藻生存的環(huán)境中加入指定酶，海藻所產(chǎn)生的糖量得到抑制，從而轉(zhuǎn)向氫能的生產(chǎn)。”據(jù)悉，目前這一研究已經(jīng)在美國(guó)國(guó)家科學(xué)院的期刊上發(fā)表，該文章還得到歐洲生物學(xué)組織的支持。

麻省理工學(xué)院這一研究第一次闡釋了海藻怎樣同時(shí)進(jìn)行這兩個(gè)過程，同時(shí)，這一過程也闡釋了在加入指定酶后，在試驗(yàn)過程中，氫能所產(chǎn)生的整個(gè)過程。通過加入指定酶，海藻所產(chǎn)生的氫能總量上漲了4倍。雅克比表示，海藻所產(chǎn)生的糖類得以限制，但并不是停止生產(chǎn)，因?yàn)槿绻@一過程停止，海藻就無(wú)法生存。

新技術(shù)有望大規(guī)模發(fā)展

研究人員表示，最終，通過水和陽(yáng)光來(lái)生產(chǎn)氫能的模式將得到大規(guī)模開發(fā)。氫能可以通過燃料電池的形式直接發(fā)電或者驅(qū)動(dòng)汽車，或者可以通過與二氧化碳結(jié)合生成甲烷或者其他的清潔燃料，從而減少碳排放。張曙光和雅克比計(jì)劃對(duì)此開展進(jìn)一步研究以提高氫能的生產(chǎn)效率。張曙光表示：“這一過程產(chǎn)業(yè)化的可能非常大。首先，你必須懂科學(xué)，即要懂得這一過程所產(chǎn)生的實(shí)用價(jià)值，從而對(duì)氫燃料的生產(chǎn)進(jìn)行商業(yè)規(guī)模的發(fā)展。這只是時(shí)間和金錢的問題。”據(jù)悉，現(xiàn)有工業(yè)制氫技術(shù)主要是化石燃料制氫和電解水制氫，分別利用了化學(xué)能和電能，其消耗巨大，讓制氫成本陡增，這一度讓工業(yè)大規(guī)模生產(chǎn)氫作為能源的希望變得渺茫。

雅克比表示：“長(zhǎng)期來(lái)看，發(fā)展可再生能源唯一可行的途徑就是依靠太陽(yáng)或者通過生化反應(yīng)來(lái)制造氫能。具體如何操作，我相信沒有唯一的答案，不同的地點(diǎn)和不同的終端用戶群將產(chǎn)生不同的方法。通過指定酶來(lái)生產(chǎn)氫能的方式在高度工業(yè)化國(guó)家及發(fā)展中國(guó)家都可以得到大規(guī)模發(fā)展，氫能的成本也因此有望下降。這一過程所需的海藻在地球的任何角落都能找到，而且整個(gè)過程不存在有害物質(zhì)。這一過程的最大優(yōu)點(diǎn)就在于它的簡(jiǎn)單。

未來(lái)，隨著制氫技術(shù)的發(fā)展和化石能源的減少，氫能利用遲早將進(jìn)入家庭，首先是發(fā)達(dá)的大城市，它可以像輸送城市煤氣一樣，通過氫氣管道送往千家萬(wàn)戶。

全球大規(guī)模發(fā)展氫能

世界各國(guó)都在加快氫能的開發(fā)和利用。國(guó)外氫能的發(fā)展不再單純停留在技術(shù)領(lǐng)域，已產(chǎn)生了“氫能經(jīng)濟(jì)”新經(jīng)濟(jì)模式的理念。如美國(guó)對(duì)氫能技術(shù)非常重視，雖然目前仍處于示范階段，但其氫能的技術(shù)條件已經(jīng)成熟。有專家預(yù)測(cè)，美國(guó)燃料電池汽車、氫能生產(chǎn)和加氫基礎(chǔ)設(shè)施的商業(yè)化可望在2015年之前實(shí)現(xiàn)。按照美國(guó)氫能技術(shù)路線圖，到2040年美國(guó)將走進(jìn)“氫能經(jīng)濟(jì)”時(shí)代。在這一階段氫能將最終取代化石能源成為市場(chǎng)上最廣泛使用的終端能源。另外，美國(guó)也出臺(tái)相關(guān)政策予以支持，美國(guó)能源部曾提出《向氫經(jīng)濟(jì)過渡的2030年遠(yuǎn)景展望報(bào)告》，美國(guó)能源部正實(shí)施“自由汽車計(jì)劃”和“氫燃料導(dǎo)入計(jì)劃”，以支持氫能和燃料電池及燃料電動(dòng)車的研發(fā)與示范。

近5年來(lái)，日本產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)省平均每年投入約2.7億美元用于燃料電池相關(guān)項(xiàng)目研究。目前，日本正通過開展燃料電池汽車的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、法規(guī)、認(rèn)證制訂工作，扎實(shí)推進(jìn)其產(chǎn)業(yè)化。

另外，加拿大和巴西也都希望利用廉價(jià)水電推廣氫能；人口僅28萬(wàn)的冰島早在10年前就提出，到2030年讓全部機(jī)動(dòng)車和漁船使用氫燃料電池，此外冰島還成立了由汽車制造商和電力公司組成的新能源聯(lián)盟，以推進(jìn)新能源的利用。

據(jù)美國(guó)氫氣協(xié)會(huì)分析，氫燃料汽車正在加快推向商業(yè)化。但由于目前制氫成本大約為汽油成本的2到4倍，且氫氣的大量生產(chǎn)需要能源和基礎(chǔ)設(shè)施，因此成為主導(dǎo)燃料仍存在許多問題。有專家認(rèn)為，在2015到2020年期間，制氫成本將與汽油成本相當(dāng)，這將主要取決于燃料電池汽車的推廣和使用。如果投入批量化生產(chǎn)，預(yù)計(jì)到2015年，燃料電池汽車的生產(chǎn)成本將僅比傳統(tǒng)汽車高20％。