氢（H2）作为化石燃料的一种非常理想的替代品，是未来能源的极佳载体，其唯一的副产物是水。商业化H2生产主要来自通过蒸汽甲烷重整制得的天然气。最近，光生物制氢引起了相当大的兴趣，因为它利用阳光和可再生生物催化剂相结合来光解水制氢。然而，光生物方法的成本和可持续性很大程度上阻碍了它们的大规模商业生产，长期高效低成本的光生物制氢仍是一个巨大的挑战。绿藻是分布广泛且维护成本低的光合自养生物，在利用阳光方面具有令人难以置信的能力，有很大的希望作为全细胞生物催化剂用于工业规模光生物生产H2。尽管如此，绿藻的光合作用过程仍会产生氧气（O2），它是[FeFe]-氢化酶的抑制剂，从本质上抑制了H2的产生。因此，至关重要的是要创造一个厌氧环境来维持[FeFe]-氢化酶生产H2的活性。
有鉴于此，上海交大樊春海院士和同济大学柳华杰教授等人，利用设计的化学酶联反应（CEC），开发了一个简单且稳定的基于绿藻的H2生产系统。
本文要点
1）设计了一个恒定的接近中性pH的厌氧环境，通过设计一个强大的化学酶级联系统，包括葡萄糖，葡萄糖氧化酶，过氧化氢酶和氢氧化镁，以持续诱导绿藻絮凝。
2）由一系列连续的催化或非催化的酶和化学反应组成的CEC在一锅体系中被认为是有机合成的有力工具。在该工作的CEC设计中，结合了耗氧、维持pH、诱导细胞聚集等多种功能，在局部厌氧环境中活化H2ase，并保持绿藻的活性。实验验证了该系统能够长期高效地生产氢气。
3）研究发现，Chlamydomonas reinhardtii在该光生物系统中可以稳定产氢近一个月，平均产氢速率为0.44 μmolH2 h-1（mg chlorophyll）-1。
总之，该工作为工业规模的光生物制氢开辟了新的途径，有望用于“液态阳光”领域。
参考文献：
Jie Chen et al. Engineering a chemoenzymatic cascade for sustainable photobiological hydrogen production with green algae. Energy Environ. Sci., 2020.
DOI: 10.1039/D0EE00993H
https://doi.org/10.1039/D0EE00993H
