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氢能,生命活动的唯一能源和最终能源
世界新能源网 2007-6-13 访问人数: 【字体:
氢能,是指氢与氧反应放出的能量。通俗地讲,就是氢气在氧气中燃烧。“氢气能燃烧,氧气能助燃”。作为能源,氢能有以下主要特点:(l)能量高。除核燃料外,氢的发热值是目前所有燃料中最高的,是汽油的3倍。氢的高能,使氢成为推进航天器的重要燃料之一。(2)氢本身无毒,燃烧产物是水,无污染,且能循环使用。(3)氢燃烧性能好,点燃快。(4)利用形式多,可以以气态、液态或固态金属氢化物出现,能适应贮运及各种应用环境的不同要求。氢能是最理想的完美的能源。

生命也是完美的,在进化选择中日趋完美。道理而言,生命不会对如此完美的能源置若罔闻,氢能也一定会以重要的方式作用于生命。经过仔细分析研究之后发现,氢能既是生命活动的唯一能源,又是生命活动的最终能源。理由如下。



一.氢能是生命活动的唯一能源


以人而言,常规的能源物质,如糖类脂类蛋白质等,这些能源物质,说到底,还是氢能。或者说,只有转化为氢能,才能被生命利用。——这个角度观点,长期以来未被挖掘甚至熟视无睹。

糖类供应的能量,约占总能量的70%,是生命活动的主要能源,现以糖类为例说明。

葡萄糖(C6H12O6)分子经过一系列复杂的生化反应,逐步脱氢,脱下的氢和氧结合生成水,放出能量。其过程可主要概括为三个步骤。第一,糖酵解。葡萄糖脱氢成为丙酮酸,脱下的氢被NAD携带,成为NADH2,共脱4个氢原子,生成2分子能量物质ATP;第二,三羧酸循环。丙酮酸彻底脱氢成为CO2,共5次脱氢脱下10个氢原子,脱下的氢和NAD和FAD结合在一起,本阶段也生成2分子ATP。第三,氧化磷酸化。前两阶段脱下的氢,经过一系列的氧化反应,最终与氧结合生成水,大量能量在此阶段放出,生成34分子ATP。ATP就是一切生命活动的能源了。如肌肉收缩、神经传导、物质合成分泌等。

脂肪是重要的储能物质,蛋白质是重要的构成物质,在代谢更新时也放出能量。二者与糖代谢的放能途径相同。简而言之,脂肪先分解为甘油和脂肪酸,甘油经糖酵解途径转化为丙酮酸继续氧化脱氢,脂肪酸氧化后进入三羧酸循环继续氧化脱氢,至此,脂肪代谢和糖代谢合一。蛋白质先分解为氨基酸,氨基酸再通过不同途径进入三羧酸循环氧化脱氢,纳入糖的代谢途径。

由此看来,糖类脂肪蛋白质的能量,归根到底还是各自逐步脱氢之后的氢能。实质上,仍是氢和氧的反应。人的能量代谢途径如此,植物动物微生物的能量代谢也如此。可认为,氢能几乎是生命活动的唯一能源。(实在想不出好的说法,暂名唯一)

 

二.氢能是生命活动的最终能源


追述生命氢能的来源,最初还是来自绿色植物的光合作用。绿色植物通过叶绿体,利用光能,合成有机物。通俗地说,叶绿素在光下把水光解为氧气和氢,氧气挥发到了空中,氢则留了下来,先和NADP结合在一起,再通过复杂的反应过程,结合到CO2之中,形成葡萄糖。这样,水中的氢,成为了葡萄糖中的氢,进而转化为其他有机物中的氢。人和其他动植物再分解这些含能有机物,逐步氧化脱氢,成为生命活动的能量。由此观之,氢能又是生命活动的最终能源。

总结整个生命活动而言,生命氢能利用形成了一个完整的途径。制氢过程是通过光合作用,中间储氢输氢是NAD、FAD和NADP,稳定的储氢体是糖类脂肪蛋白质等含能有机物,氧是氢的最后受体,水是氢的最终供体。即氢和氧反应生成水,放出能量。

有意思的是,生命氢能和工业氢能在制氢用氢上,表现出惊人的一致。生物制氢过程的光合作用,类似于电解水制氢,即水分解成为氧气和氢,电解水得到的是氢气分子氢即氢气,光合作用得到的是原子氢;用氢过程都是氢氧反应,即氢和氧反应生成水,放出能量。工业氢能是剧烈氧化即燃烧,能量迅速放出。生命氢能通过呼吸作用,是体内的缓慢氧化脱氢,能量逐步放出。

生物氢能,在提法上长期没有得到重视,人们甚至还不知道生命氢能这一说。尽管人们对能量代谢已非常清楚,但归纳到氢的角度及氢在这过程细节的意义作用如何评价,还没开始。 由上述分析不难看出,生命活动中的氢能,和一般意义上的氢能,并无两样。都是氢和氧反应生成水并放出能量。实质是一样的。

 

三.太阳光能的作用评述


“万物生长靠太阳”。没有太阳,就没有生命。这是显而易见的。长期以来,太阳能是人们观念中的最终能源。因此,太阳能在生命能源中如何评述,以及太阳能和氢能的关系,也是需要考虑的。

严格意义来说,太阳能也是氢能。众所周知,太阳的能量来自内部的氢核聚变,是更高形式的氢能。但一般所说的氢能是化学能,即氢氧反应放出的能量。二者虽有差异,但毕竟都为氢能。

太阳氢能启动了地球生命的化学氢能。氢和氧牢固地结合为水,无法将他们分开。工业上利用电能,即电解水。生命氢能是利用了太阳能。这就是光合作用。其过程简述如下。叶绿素分子接受光能,受光子激发后,有基态变为激发态,激发态不稳定,向外射出一个高能电子,光能变为电能。叶绿素分子由于射出电子而造成了电子空缺,便从水中夺取一个电子补充。水失去电子后分解为氧气和氢。氧气挥发到空中,氢则进入了下一步的反应。至此,光合作用启动。再经过复杂的生化反应过程,生成葡萄糖。氢能便存于葡萄糖之中。

没有太阳能,光合作用无法进行,生命氢能也无从谈起。但太阳能是生命能源启动者,其自身并不能成为生命活动能量。比方说,就象一枚鞭炮,太阳能点燃了这枚鞭炮,但这枚鞭炮的电光声音,还是由鞭炮具有的火药本身所决定。这一点,似乎整个科学及社会观念上还未有明确的认识。

 

四.结语


生物氢能,在提法上长期没有得到重视,人们甚至还不知道生命氢能这一说。尽管人们对能量代谢已非常清楚,但归纳到氢的角度及氢在这过程细节的意义作用如何评价,还没开始。 由上述分析不难看出,生命活动中的氢能,和一般意义上的氢能,并无两样。都是氢和氧反应生成水并放出能量。实质是一样的。

氢能,确实是完美的能源形式。氢能利用,不管是一般氢能还是生命氢能,都是刚刚起步。互相仿生借鉴,可能会使两个领域共同进步,使氢能这一完美的能源物质,早日造福人类。
文章来源:中国可再生能源网 作者:佚名 
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