目前，由于化石燃料储量日益减少，开发新能源迫在眉睫。专家们普遍认为，氢能源作为绿色环保的零碳能源，将成为新能源舞台上的希望之星。但目前，氢能源几乎完全依靠化石燃料制取，成本非常高。相比当前工业中普遍从石油中制取氢，利用绿藻产氢更加环保且可持续。如何大规模、低成本地获取这种清洁能源，是制约氢能发展的最大问题。
浙江大学的研究人员们通过跨学科合作，给绿藻细胞披上一层二氧化硅“外衣”，使其能在自然条件下持续不断地利用光合作用，高效产氢，每升绿藻可以产生17毫升氢气，持续产生氢气最长时间可达72小时。这是生物光合产氢领域取得的一次重要突破，为化学手段改造光合生物，进而实现光生物产氢，提供了全新的思路。
一般情况下，植物的光合作用产出的是氧气。30多年前，科学家就发现绿藻细胞中存在着一种氢酶。当它被激活后，绿藻进行光合作用时就能产生氢气。
“氢酶只能在缺氧环境下被激活，一旦遇到氧气，氢酶就迅速失去活性。正常情况下，因为光合作用产出氧气，氢酶总是处在失活状态。”课题组负责人徐旭荣解释说，“实际上，绿藻产氢更像是其在缺氧等‘胁迫’状况下产生的一种应激反应。”
徐旭荣的合作者之一，浙大化学系唐睿康教授有一项绝活——能通过生物矿化手段，给细胞“穿”上一层外衣，在不改变生物原本属性的情况下，赋予细胞新的性能。
实验一开始并不顺利：单个绿藻细胞被包裹上二氧化硅后，仍然只是进行正常的光合作用，不能产出氢气。之后的某一天，培养绿藻的试管上方，探针既探测到了氧气，也意外地探测到了氢气。“我们发现，这是因为包裹着二氧化硅的绿藻逐渐粘合到了一起，形成了团聚体。”熊威说。直径100微米的绿藻团中，包含了约5000个绿藻。在正常光照条件下，绿藻团开始产生氢气，目前持续产氢的时间可达72小时。
这个偶然的发现使他们意识到，当矿化后的绿藻细胞层层叠叠形成复合体，那些在里层的绿藻细胞就会达到氧气的产生和消耗的动态平衡：在一个与外界隔绝的环境中，绿藻光合作用产生的氧气刚好被自身的呼吸作用消耗掉，使其既能存活，又能获得一个缺氧环境，这样氢酶就被激活了。“因此我们既能探测到外层绿藻产生的氧气，也能探测到内层绿藻产生的氢气。”熊威说，“这同时也解释了目前绿藻团聚体为何无法更久地持续产氢，随着内层绿藻自身继续生长，团聚体坍塌，氢酶再度失活。”
“藻类的种类多、数量大，具有极大的产氢潜力。”唐睿康教授表示，生物矿化手段没有破坏藻类正常的生命过程，在工艺上更具操作性与便捷性，可以为生物能源的制备提供新的策略。
研究团队抓住这一新发现，连续开展实验。在位于浙大玉泉校区的实验室里，熊威向观众展示了几支试管，试管底部沉积着经过矿化的绿藻细胞复合体。加入三氧化钨粉末后，由于氢气和氧化物的反应而引起颜色变化，说明试管中产生了氢气。
目前，研究团队正在试图破解绿藻生长失控的难题。“72小时以后，如果‘抱团’的绿藻越来越多，绿藻团就会解散，产氢的过程又会停止。”论文第一作者、浙江大学博士生熊威说，他们正在寻找新方法，能控制绿藻的繁殖，那样离工业应用又近了一步。
此前科学界研究利用绿藻产氢，比较经典的成果是美国加州大学伯克利分校科学家发展的“两步法”。他们先让绿藻进行正常光合作用，积累生物量；然后再通过缺硫培养削弱其光合作用，使产生的少量氧气被自身的呼吸作用消耗掉，从而激活氢酶。“采用这种方法，氢能从根本上说是来自于起初培养的那些绿藻体内累积的有机物，而在产氢过程中不断消耗。过一段时间后，就要让绿藻重新进行正常光合作用，‘喂饱’自己，再继续产氢。”徐旭荣说。
徐旭荣表示，中国科学家发展的这种新方法，从空间上分离绿藻细胞的产氧和产氢过程，实现了细胞的空间功能分化。不仅在工艺上更具操作性与简便性，且绿藻产氢持续时间长。
相关论文于10月发表于国际知名学术期刊《德国应用化学》杂志上。
