长期以来，如何用太阳能分解水制备氢气在全世界备受关注。最近，科学家找到了一种简单实惠的方法将水分解成氢气和氧气，这种方法的原理和光合作用差不多，只是将太阳能转化了可燃烧的氢气和氧气。科学家在实验室内再现了光合作用的过程，在整个过程中光合作用将水分解成氢和氧，并产生了可供燃烧的氢气和氧气。该实验的意义在于光合作用产生的能量能够被人类利用，这种技术将引发一场太阳能使用的大革命，以补偿煤炭、石油等不可再生资源的消耗。
光合作用反应器
资源丰富、无毒、无污染……作为一种理想的新能源，氢气密度最小、在自然界存在丰富、发热值高、燃烧性能好，本身无毒，燃烧时产物为水、不会产生污染物质、燃烧生成的水可继续制氢，反复循环使用等显著特点。早在第二次世界大战期间，氢即用作A-2火箭发动机的液体推进剂。目前液氢已被广泛用作火箭和航天动力的燃料。世界各国对开发利用氢能都十分重视，投入了不少人力、财力、物力，并且已取得了多方面的进展。氢气实在是一种理想的能量来源，只是人们一直未能找到不消耗其他能源而大量获取氢气的方法。
40多年前人们发现绿藻在无氧条件下，经太阳光照射可以放出氢气；10年前又发现，蓝绿藻等许多藻类在无氧环境中适应一段时间，在一定条件下都有光合放氢作用。目前，科学家已经成功地通过模拟光合作用进程，在实验室制造出了氢气。只用水、阳光和藻类就能生产出能量！
听起来多么异想天开。然而科学家在微型藻类上的实验证明，这个看似荒诞的梦想并非绝无实现可能。事实上，微型藻类家族中的一小部分成员本身就能够天然地生产氢气，而氢气正是当前被普遍看好的石油替代能源。随着化石能源储备的减少和全球气候变化，世界上许多实验室都在试图进一步了解藻类放氢这一生物过程，以便对其加以利用，从而满足人类对能源的需求。研究的最终目标是，将这些藻类培养在巨大的光合作用反应器中，在阳光的照射下，产生大量“洁净”氢气，既不需要电，也不会释放温室气体。
克服生物限制
光合作用放氢现象发现于1939年。当年，芝加哥大学的研究员汉斯首先发现，一种单细胞绿藻——莱茵衣藻，有时候会停止产生氧气转而释放氢气。不过这种与氢化酶（无氧条件下的一种活性酶）相关的反应极其短暂，转瞬即逝。直至近年来，这方面的研究才有了重大突破。科学家们终于掌握了一些经验，使这一氢合成过程得以延长，开辟出生物科技应用前景。
以著名的莱茵衣藻为例，看看氢气究竟是如何产生的。衣藻是一种直径为10微米的单细胞生物，有两根鞭毛。由于其结构简单，50多年来科学家们一直喜欢用衣藻作为研究模型，并昵称它为“绿色酵母”。在美国能源部基因研究所的协调下，世界各地的百余名科学家日前完成了对衣藻全部基因组的测序。作为一种植物，衣藻从光合作用中获取养料、生长发育。在光线的作用下，它吸收周围环境中的水和二氧化碳，通过反应生成有机分子，主要为糖类。这种由光能向化学能的转换发生在细胞的特殊隔室即叶绿体内。衣藻仅含有一个钟状叶绿体，那里就是反应、产生氢气的所在。
光能被叶绿体膜吸收，导致水光解，衣藻释放出氧气和电子。然后，在叶绿体的类囊体中，电子流将二氧化碳合成糖类。此时氢化酶的介入能够保证这两个过程的有效衔接。酶的功能有如安全阀门，在光线的作用下，电子转移反应立即发生，而糖类合成则启动得慢得多。因而这里存在一个关键阶段，在这个阶段里过量的电子对藻类是有毒的，应该被驱散。而氢化酶能够吸收电子，制造氢气，从而避免了系统运行的阻塞。
问题在于，由于水光解释放出的氧气很快就会抑制酶的作用，氢气的制造在几分钟之后就会中止。此时光合作用中的电子传递链提供的电子，就会被有机物利用来帮助吸收二氧化碳形成糖类。这两种反应机制对电子的争夺，决定了氢化酶的活动仅仅是暂时的。
产氢新途径
光合作用广泛存在于自然界，叶绿体收集太阳光能，将水和二氧化碳转化为有机物（葡萄糖），并释放出氧气。但这只是最终结果，整个过程一开始是将水和二氧化碳气转化为氧，自由的质子和电子。在光合作用中产生了两个化学反应，叶绿素分子失去两个电子，水分子发生分解。尽管光合作用在各种教科书中都得到了详尽的阐述，但是想人工实现这一过程却绝非易事，主要的问题在于缺少有效地电解水的媒介，在植物中充当这一媒介的是叶绿体。
众所周知，水能够电解成氢和氧，但整个过程毫无意义。为了提高这一性能，化学家们提供了能促使反应在更低电压情况下分解的催化剂。用钌和铂充当这种媒介，当然这两种金属都很昂贵。除此之外，反应要进行还需要特定的温度条件和气压。
目前，科学家已经找到了加速水电解的另一个好方法。他们把铟和锡的氧化物做成的电极放置在钴离子和磷酸钾的水溶液中，然后在溶液中通入太阳能电池的电流，这样相当于叶绿体的触媒就产生了。与此同时，水分解成氧气和自由的氢离子，这些氢离子聚集在电极上，并在那里形成氢气。白天，用通常方法获得的太阳能一部分可用于日常所需要，一部分用来将水分解成氢气和氧气，并将氢气储存起来。晚上，氢气和氧气作为燃料用来发电。
自由的氢离子和氧能够转化为燃料用来发电。整个过程发生在正常的大气压环境和温度内。媒介中的物质在反应过程中失去了自己的特性，当反应结束时又恢复到原来的样子。这和自然界的叶绿素一样。研究证明，能够使用相对便宜的媒介，并以此为基础在通常条件下得到光合作用的光能。科学家已经为此制订了进一步的研究计划。实验实内模拟光合作用的过程是利用太阳能历史上的一个巨大创举，这将使氢气生产成为可能，并使太阳能利用步入新的时代。
