摘要：本文不僅通過對新能源的開發情況，尤其對氫能的詳細闡述，說明作為最具開發價值的新能源之一的氫能，對未來發展的重要性；還通過詳細論述具有巨大潛在開發意義的光合細菌產氫，讓更多人了解其在解決目前人來麵臨的能源枯竭和生態失衡中發揮的特殊作用。
關鍵詞：新能源；氫能；光合細菌
前言
社會生產的發展對能源的需求逐年增加，化石能源的過度利用，不僅造成了社會發展的能源儲備不足，還由此引發了一係列環境和生態問題。展望未來發展，人們對新能源的關注日益升溫，目前一些新能源利用技術上的突破性研究，為氫能源實際規模化應用點亮了希望之燈。氫能作為一種新能源以其獨特優點吸引著很多研究者及能源開發商的目光，光合細菌（Photosynthetic Bacteria,簡稱PSB）產氫自發現到現在取得了一係列成果，盡管在規模化生產上還需要一段時間，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新能源開發的意義
新能源是相對於常規能源—技術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，指尚未規模化利用正在積極研究開發的能源，如太陽能、風能、現代生物質能、地熱能、潮汐能以及核能、氫能 [1,2]。
自1993年我國成為石油淨進口國，且進口量逐年增加，國際能源價格的多變，勢必對我國經濟社會發展造成相當大的影響[3]。日趨惡化的環境形勢也迫使我們不斷尋求新能源，實現經濟、環境和社會的科學發展。
“2009中國（廣州）國際新能源融資論壇暨新能源博覽會”提出各國通過發展新能源來抵製今年的金融風暴的新思路[4]。中國政府非常重視並積極發展新能源，近年來陸續頒布《可再生能源中長期發展計劃》和《核電中長期發展規劃》等。
1.2新能源的利用
目前得到利用的新能源有：太陽能、核能、化學電源、生物質能、風能、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能，小部分是水電，而太陽能、地熱能、風能等利用率都不是很高，且沒有形成規模化。
2氫能
2.1氫能利用特點
目前氫能主要用於石化、冶金等工業中作為重要原料、物料；固體氫可用於飛船結構材料；氫也可用於燃料電池，如Ni-MH電池用於手機、筆記本電腦等；其在電動力方麵也有廣泛的應用，如汽車廠商通用、福特、豐田、奔馳、寶馬、克萊斯勒等國際大公司，已經開發研製成功氫燃料電池汽車[5]。
氫能利用特點：①燃燒性能好，燃點高，燃燒速度快，即使在嚴寒環境，也能點火且與空氣混合可燃範圍寬（4％-75％）；②燃燒形式多樣，燃料可直接提供機械動力；③燃燒清潔，不產生任何汙染，生成水可循環利用；④燃燒熱值大，每千克氫可產生熱能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，是極佳冷卻工質和熱載體；⑥熱轉化效率高，能量密度高，可以多種形態儲存，運送成本低等[3-13]。
2.2氫能生產途徑
煤氣化製氫：煤作為燃料曆時已久，它也是一種重要的化工原料。我國煤炭資源豐富，因此曾經是製氫的主要原料之一，但此法因產生CO2明顯高於其他製氫工藝，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，此法會逐漸會被其他方法所代替。
天然氣製氫：天然氣被廣泛認為是繼木柴、煤炭、石油之後第四代主體能源，也是氫能開發早期主要原料之一，目前最常用、最經濟製氫技術是天然氣重整技術[6]。
電解水製氫：電解水製氫反應式：2H2O電解→2H2↑+O2↑，電解水製氫的優點---產品純度高、操作簡便、無汙染、可循環利用等[6]。為了提高製氫效率,電解通常在高壓下進行,采用的壓力多為3.0～5.0Mpa且目前電解效率隻達到50%～70%[5]。
光解水製氫：1972年日本學者Fujishima和Honda對光照TiO2電極導致水分解而產生氫氣這一現象的發現，開啟了光解水製氫技術的研究，但大多數用於光解水的催化劑僅能吸收紫外光（而其在太陽光中所占比例隻有3％左右）。研究開發高效率光解水催化劑是實現此法應用的關鍵技術[6]。
生物質氣化製氫：生物質氣化製氫是將薪柴、稻草、麥秸等在氣化爐（或裂解爐）中進行氣化，裂解生成含氫燃料的技術。地球上每年生長的生物質總量為1400億～1800億噸幹物質，相當於目前總能耗的10倍，其具有分布廣，不受地域限製的特點，尤其對能源不足的偏遠地區，有很大實用價值[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（如太陽能、電能等）來代替化石能源提供動力，是未來發展的一個方向[7,17]。
綠藻產氫：綠藻屬於真核生物，含光和係統I(PSI)和含光和係統Ⅱ(PSⅡ),不含固氮酶，氫氣代謝全由氫酶調節，產氫酶對O2很敏感，氣相1.5％O2濃度，就會使其失活[2]。因此此法產氫技術關鍵需要將產生的O2很好分離開，不影響產氫酶活性。
藍藻（又稱藍細菌）產氫：藍藻是一類能夠進行放氧光合作用的原核生物, 其固氮酶在催化固氮的同時催化氫的產生：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產生氫氣[8]。
厭氧發酵細菌產氫：厭氧發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、澱粉、纖維等糖類分解產氫氣。此法產氫氣率低、能量轉化率隻有33％左右[7]。有人研究用巴氏梭菌(C.pasteurianum)和丁酸梭狀芽孢杆菌(C.buytricum)進行過產氫研究，也有人用非硫紫色細菌Rh.gelatinosa和Rh.rubrum(需少量光能)進行熱化學—微生物聯合產氫：CO+H2O→H2+CO2 。此法允許O2 、硫化物等存在，該菌對生長條件要求不嚴格。
光合細菌產氫：1937年Nakamura首先發現光合細菌在黑暗條件下的產氫現象。到1949年，Gestmen報道深紅螺菌（Rhodospirilum rubrum）在光照條件下產氫，人們對PSB光合產氫的機製進行了不斷探索，PSB光合產氫的能量轉化率理論上高於厭氧菌的厭氧黑暗產氫過程（2.845×106﹥0.950×106），Hillmer和Gest測得PSB從乳酸和葡萄糖中產氫的實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N2或產物NH4+時能還原質子放出H2；由於其隻含PSI，且電子供體不是水而是有機物或還原態硫化物,所以光合磷酸化過程不放氧，這種產氫不放氧的特性（與藍細菌和綠藻相比）,可大大簡化生產工藝，省去產物O2和H2的分離，也不會造成固氮酶活性的喪失[10]。
