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渤海沉积物中发现会产氢气的“泡泡君”

来源: 点击数: 时间2020-07-24 11:12:24

  来源:中科院之声

  作者:张月超、吴志宇、肖雷雷、刘芳华

  在《流浪地球》影片的结尾处,坚持寻找希望的地球,依靠点燃木星产生的强大冲击波,成功脱离了木星引力的束缚,开启了新的流浪之旅。

地球被木星引力所束缚

  地球被木星引力所束缚

  那么,为什么木星可以被点燃呢?

  原来,木星是一个气态行星,就像一个“超级氢气球”,大气层中氢气的含量竟然高达90%。

  氢气具有燃烧热值高,产物仅有水,还不释放温室气体等诸多优点(反应式:H2(g)+1/2 O2 (g)=H2O (l) △H=-285.8KJ/mol),是有望维持地球可持续发展的下一代可再生清洁能源。

  然而,现实却远要比梦想更残酷。因为,与木星相比,地球上氢气的含量则少的可怜(大气层中氢气含量约为0.00005%),原因是地球引力太小(质量小),氢气又太轻(相对分子质量Mr=2),所以留不住它。

  氢气这么好,却这么少,究竟如何是好?

  还好,还好:“人有两件宝,双手和大脑。”

  基于目前的工业技术,氢气的来源主要来自化工生产(化石燃料重整和电解水(高产量,但耗能)),以及少量来自生物发酵(细菌和藻类(低产量,但绿色))。

神奇动物嗅嗅

  神奇动物嗅嗅

  《神奇动物在哪里》这一影片中讲述了许多神奇的生物,比如,爱财的嗅嗅、迷恋月光的月痴兽和会开锁的护树罗锅等。其实在现实的地球上,也存在很多神奇的生物,比如会放电的“皮卡丘细菌”(地杆菌和希瓦氏菌等,参看:黄河三角洲发现“皮卡丘细菌”,电你没商量)和本期隆重推出的主人公——会产氢气的“泡泡君”(产氢细菌和藻类)。

  在自然或人工环境中,会产氢气的“泡泡君”主要有:喜欢泡在水里,边晒“日光浴”、边吹“氢泡泡” (光合产氢)的绿藻(绿球藻)、蓝细菌(颤蓝细菌)和光合细菌(类球红细菌);还有喜欢躲在太阳照不到的地方,边“偷吃糖”边吹“氢泡泡”(暗发酵产氢)的暗发酵细菌(巴氏梭菌)。

  一般来说,能产氢气的“泡泡君”们都不太喜欢氧气,所以它们要躲到低氧或者缺氧的水面以下或者沉积物当中。

喜欢晒“日光浴”和“偷吃糖”的产氢“泡泡君”及其用途示意图

  喜欢晒“日光浴”和“偷吃糖”的产氢“泡泡君”及其用途示意图

  “泡泡君”既然这么有用,那我们怎样才能找到它们呢?

  您或许会认为,几乎不用想就能知道:当然是投其所好,用它们喜欢的东西去吸引和培养它们呀,比如拿着“手电筒”(光源)去找爱晒“日光浴”的喜光产氢“藻或菌宝宝”,或拿着“糖块”去吸引藏在暗处的产氢“菌宝宝”(富集培养)。

  然而,您或许不会想到的是,近期,中国科学院烟台海岸带研究所“电能微生物学”研究团队的科学家们发现,用“铁块”竟然从渤海沉积物中获得了产氢效率高的“泡泡君”,还获得了授权发明专利。

  历经千里来相见,那么这些“泡泡君”可以用来干什么呢?

  如果我们有了这些“泡泡君”,未来就有可能拥有数不清的“用之不竭”、“可移动”的“加氢站”,将装着“泡泡君”们的反应器安装到载具上(超跑或游轮等),“泡泡君”们吹出的氢气就可以驱动配备氢燃料电池的载具前进了,不仅环保,还拉风。

  “电能微生物学”研究团队的科学家们发现,在渤海沉积物和黄河三角洲湿地土壤中就生活着大量这种具有暗发酵产氢能力的“泡泡君”;他们最近的工作发现,与甜腻的“糖”相比,这些“泡泡君”看起来似乎更喜欢吃“巧克力糖”(葡萄糖+水铁矿);这种特制的“巧克力糖”,可以更加有效地激活“泡泡君”的产氢能力,“菌多力量大”, “众菌抬柴氢焰高”。

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