弗吉尼亚理工大学的一个研究小组已经发现了一种从任何工厂中提取大量氢气的方法，这一突破有可能为世界带来低成本，环保的燃料来源。

“我们的新工艺可以帮助我们消除对化石燃料的依赖，”农业与生命科学学院和工程学院生物系统工程副教授YH Percival Zhang说。“氢是未来最重要的生物燃料之一。”

张和他的团队成功地使用了最丰富的简单植物糖木糖来生产大量的氢气，这些氢气以前只能在理论上获得。张的方法可以使用任何生物质来源进行。

这一发现是特色编辑在化学期刊Angewandte Chemie国际版的在线版本中的选择。

这种新的环保型氢气生产方法利用可再生自然资源，几乎不释放零温室气体，并且不需要昂贵或重金属。以前生产氢气的方法很昂贵并产生温室气体。

能源部表示，氢燃料有可能大幅减少对化石燃料的依赖，汽车制造商正在积极尝试开发使用氢燃料电池的车辆。与喷出污染物的气动发动机不同，氢燃料的唯一副产品是水。张的发现为廉价的可再生氢源打开了大门。

橡树岭国家实验室生物科学和技术生物科学部门的组长Jonathan R. Mielenz表示，这项发现有可能对替代能源生产产生重大影响，他对张的工作很熟悉但不参与该项目。

“这一激动人心的发展的关键在于，张在植物中使用第二种最普遍的糖来生产这种氢，”他说。“这相当于对氢气生产带来了显着的额外好处，并降低了生物质生产氢气的总成本。”

Mielenz表示，如果该技术可用，张的流程可以在三年内进入市场。张说，当它真正上市时，它有可能产生巨大的影响。

“利润和环境效益的潜力是为什么如此多的汽车，石油和能源公司正在研究氢燃料电池汽车作为未来的运输，”张说。“许多人认为我们很快就会进入氢能经济，仅在就有至少1万亿美元的市场容量。”

以前从生物质中商业生产氢气的障碍包括所用方法的高成本和最终产品的相对低的量。

但张认为他找到了这些问题的答案。

七年来，张的团队一直致力于寻找以低成本生产高产氢的非传统方法，特别是研究酶组合，发现新型酶和具有理想特性的工程酶。

该团队在温度为122华氏度和正常大气压的温和反应条件下释放出高纯度的氢气。用于释放氢的生物催化剂是一组从不同微生物中人工分离的酶，这些微生物在极端温度下茁壮成长，其中一些可以在水的沸点附近生长。

研究人员选择使用木糖，其含有多达30%的植物细胞壁。尽管其丰富，但木糖用于释放氢的用途受到限制。大多数科学家在实验中使用的天然或工程微生物不能以高产率产生氢，因为这些微生物生长和繁殖而不是分裂水分子以产生纯氢。

为了释放氢，弗吉尼亚理工大学的科学家们从他们的原生微生物中分离出许多酶，以创造一种在自然界中不存在的定制酶混合物。当酶与木糖和多磷酸盐结合时，酶从木糖中释放出前所未有的大量氢气，导致产生的氢气量约为其他产氢微生物的三倍。

存储在木糖中的能量分裂水分子，产生高纯度的氢，可以直接被质子交换膜燃料电池利用。更具吸引力的是，该反应在低温下发生，产生的氢能量大于木糖和多磷酸盐中储存的化学能。这导致能量效率超过100% - 净能量增益。这意味着低温废热可用于首次生产高质量的化学能氢。将糖转化为生物燃料(例如乙醇和丁醇)的其他过程总是具有低于100%的能量效率，导致能量损失。

在他之前的研究中，张使用酶从淀粉中生产氢，但反应需要一种食物来源，这使得该过程对于大规模生产而言过于昂贵。

目前，氢气的商业市场约为1000亿美元，用于生产天然气产生的氢气，其生产成本高，并产生大量的温室气体二氧化碳。工业上最常使用氢来制造氨用于肥料和精炼石化产品，但是廉价，丰富的绿色氢源可以迅速改变这个市场。

“使用不可再生的自然资源生产氢气确实没有意义，”张说。“我们认为这一发现是替代能源领域的改变者。”

对当前研究的支持来自弗吉尼亚理工大学的生物系统工程系。其他资源由Shell GameChanger计划，弗吉尼亚理工学院农业和生命科学生物设计和生物加工研究中心，能源部生物能源科学中心以及化学科学，地球科学和生物科学部，办公室提供。能源部基础能源科学。这篇文章的主要作者，在张的实验室工作的Julia S. Martin Del Campo，获得了博士学位。墨西哥科学技术委员会资助。