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绿藻氢酶研究停顿[整理版].ppt


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绿藻氢酶研究进展
报告人: 郭祯
指导教师: 张卫研究员
虞星炬研究员
中国科学院大连化学物理研究所
海洋生物产品工程1812组
2005-5-18
Seminar Ⅱ
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主要内容
微藻制氢原理
绿藻氢酶研究进展
绿藻氢酶氧抑制问题解决方案
绿藻氢酶工艺应用
结论
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生物氢能
氢是一种清洁的能源载体,具有可储存的特性。
微藻制氢技术催化效率高、能耗小、过程清洁。
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微藻制氢原理
第一步,微藻通过光合作用系统Ⅱ(PSⅡ)光解水,产生质子和电子,并释放氧气。 2H2O → 4H+ + 4e- + O2
第二步,蓝藻通过固氮酶系、绿藻通过可逆氢酶系,还原质子为氢气。
固氮酶和可逆氢酶分别是蓝藻和绿藻制氢中关键酶。
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可逆氢酶与固氮酶
酶系
种类
抑制物
电子供体
反应式
IEA经济分析
固氮酶
蓝藻
O2,N2,
NH4+
H2O
N2 + 8H+ + 8e- + 16ATP → 2NH3 + H2 + 16ADP + 16Pi
制氢过程仅有25%的电子用于还原质子释放氢气,需要消耗大量ATP,使潜在的光能利用率降低一半,太阳能利用率不足10%。
可逆
氢酶
绿藻
CO,O2
H2O
2H+ + 2e-↔ H2
最有应用前景,报告预测,200英亩制氢系统,太阳能效率达10%时,成本可达10~15 $ /GJ H2
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绿藻氢酶主要研究机构
国别
研究单位
目标
进展
美国
加州大学伯克利分校
遗传工程和基础研究
无硫调控淡水藻突变株产氢速度延续70h
美国
National renewable energy Lab
抗高氧分压的氢酶
仅能抗2%的氧气分压
德国
University of Bonn
耐氧氢酶在绿藻中高效表达
完成氢酶基因克隆,刚开展生理生化研究
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绿藻优点
生长周期快,8h繁殖翻倍
利用自然界最丰富的能源太阳光和水产生氢气
产氢过程中无毒无污染副产物产生
太阳能转换效率达10%
H2
Fuel
cell
Electricity
H2O
O2
Sunlight
Algae
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绿藻氢酶家族
酶系
催化中心元素
类型
抑制物
酶活
镍铁氢酶
Ni,Fe
异二聚体酶
CN-、CO、O2
较高
铁氢酶
Fe
单体酶
CN-、CO、O2
比镍铁氢酶高100倍
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绿藻氢酶分类
类型藻种参考文献
铁氢酶 Chlamydomonas reinhardtii (Happe and Kaminski, 2002)
Chlorella fusca (Winkler et al., 2002a)
Scenedesmus obliquus (Florin et al 2001)
镍铁氢酶 Scenedesmus obliquus (Wunschiers et al.,2001)
未知类型 um littorale (Ueno et al., 1999)
Chlamydomonas moewusii (Winkler et al., 2002b)
Chlamydomonas noctigama (Winkler et al., 2002b)
Lobochlamys segnis (Winkler et al., 2002b)
Scenedesmus vacuolatus (Winkler et al., 2002a)
Platymonas subcordiformis ( Guan et al.,2004)
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绿藻氢酶基因
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