【細菌妙用】產氫菌：未來新能源寵兒？
撰文｜葉綠舒
人類不能少了能源。除了用來開車以外，能源最大的用途是發電。有了電，很多機械都可以運作，生產我們需要的各式各樣的物品。過去，隨著石油的存量漸漸減少，學界與業界開始找尋新的替代能源；而燃燒石化能源造成的溫室效應與空氣污染，更促使學界努力尋找新的「乾淨能源」。在眾多的「乾淨能源」中，氫氣(hydrogen)是相當被看好的一種；原因無他，氫氣燃燒後只會產生水，不會產生溫室氣體。只是，要如何大量的產生氫氣呢？
過去有研究團隊曾發明照光就可以分解水的晶片(參1)，但是使用如陽光這類的能源有一個問題，就是沒有光時就沒有產出；而陽光來不來，完全要看老天爺的高興。如果要建立一個使用太陽能產生氫氣的工廠，如果該地區每年光照的時間不夠長，其實是不符成本的。譬如很多朋友在夏天來東部的時候，都會覺得東部的太陽好大，怎麼沒看到太陽能電廠呢？經筆者請教一些專家才知道，東部雖然夏天太陽大，但冬天是雨季；而且即使在夏天，下午兩點後陽光就被山脈擋住了，所以並不適合建太陽能發電廠，了不起自己家裝一台太陽能熱水器，洗澡燒熱水不要錢罷了。
最好的方法莫過於請微生物幫忙做工。從古代人們就懂得用酵母菌發酵製作麵包、用不同的微生物發酵製作各式各樣的古怪食物(有興趣可以參考TLC頻道的「古怪食物」)。到了現代，我們用微生物幫我們製造更多東西，包括DNA。
用微生物分解纖維素製作纖維酒精，在過去這些年一直都是很熱門的研究領域。但是植物的落葉、殘枝、斷木中所含的不只有單純的纖維素，還有木質素(lignin)。微生物無法分解木質素，因此我們必需先將木質素與纖維素分開。
目前最常用的是使用高壓蒸汽進行汽爆(steam explosion)來將木質素與纖維素分開；但這個方法需要使用大量的能源產生蒸汽，所以也不是那麼環保。相對較環保的是以鹼來處理，但是產物不但是鹼性的，鹽類濃度也相當高。這樣的產物，若不經過處理，一般的微生物是無法消受的--除非是嗜極生物(extremophile)。
在2012年，密蘇里大學(University of Missouri)的研究團隊，在華盛頓州的肥皂湖(Soap Lake)分離出了一隻產氫菌：Halanaerobium hydrogeninformans。這隻菌可以在百分之7.5的氯化鈉，以及pH11的鹼性環境下生活，分解葡萄糖、纖維二糖(β-葡萄糖的雙糖)、木糖、阿拉伯糖、甘露糖與半乳糖，產生醋酸、甲酸與氫氣(參2)。
由於它耐鹽、耐鹼，這意味著以鹼處理過的植物落葉、殘枝與斷木，不需要再進行處理就可以直接給它使用。為什麼這隻菌會這麼厲害呢？
原來，它的「誕生地」--肥皂湖，本身就位在一個富含礦物質的的區域。由於湖中的礦物質很多(含有鈉、重碳酸根、硫酸根、碳酸根、氯化物、鉀、氟化物、硝酸根、鈣、鎂等，參3)
這個湖因為它的礦物質，造成湖水不但摸起來滑滑的，也很容易產生泡沫(如上圖)，所以被稱為肥皂湖。故老相傳，它的湖水有療癒的能力，因此傳說中，附近居住的印地安人相約，到了肥皂湖不可以打鬥，只能好好的進行療程。
由於這個湖的酸鹼度與木星的衛星相似，因此美國的國家科學委員會(National Science Foundation)曾在2002年撥出經費給大學，想要經由研究肥皂湖，了解其他星球是否有生命的可能性。看情形，這個研究並沒有開花結果；倒是密蘇里的研究團隊在這個湖裡找到許許多多的寶呢！
參考文獻：
1.Steven Y. Reece, Jonathan A. Hamel , Kimberly Sung, Thomas D. Jarvi, Arthur J. Esswein, Joep J. H. Pijpers, Daniel G. Nocera. 2011. Wireless Solar Water Splitting Using Silicon-Based Semiconductors and Earth-Abundant Catalysts. Science DOI: 10.1126/science.1209816
2.Matthew B. Begemann, Melanie R. Mormile, Oliver C. Sitton, Judy D. Wall and Dwayne A. Elias. 2012. A streamlined strategy for biohydrogen production with Halanaerobium hydrogeniformans, an alkaliphilic bacterium. Frontiers in Microbiology. doi: 10.3389/fmicb.2012.00093
3.Soap Lake. Wikipedia.
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作者：葉綠舒 慈濟大學生命科學系助理教授，科教中心特約寫手，從事科普文章寫作。
