生物制氢展望论文

《生物制氢展望论文》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、生物制氢展望论文【摘要】制氢的方法包括化石能源制氢、电解水制氢、生物制氢、热解制氢等1。其中，生物制氢具有节能、清洁、原料来源丰富、反应条件温和、能耗低和不消耗矿物资源等优点2，3。1生物制氢原理广义地讲，生物制氢是指所有利用生物产生氢气的方法，包括微生物产氢和生物质气化热解产氢等4，5。狭义地讲，生物制氢仅指微生物产氢，包括光合细菌（或藻类）产氢和厌氧细菌发酵产氢等2.freelbutylicm)、产气肠杆菌(Enterobacteraerogenes)和类红球菌(Rhobactersphaerbd

2、ies)共同培养，从甜土豆淀粉残留物中制取H2，可连续稳定产氢30天以上，平均产氢量为4.6molH2/mol葡萄糖，是单独利用C.butylicm产氢量的两倍。原因在于C.butylicm产生的淀粉酶能降解淀粉成葡萄糖来产氢，E.aerogenes中不含淀粉酶，只能直接利用葡萄糖产氢。而在两者代谢的过程中，葡萄糖降解除了产生H2，还产生两者不能利用的小分子有机酸，使培养基的pH值下降，偏离了微生物的最适生长条件，从而使氢气产量下降。但当三者共同培养时，葡萄糖降解产生的有机酸能被R.sphaerbdi

3、es降解，从而使培养基pH值保持恒定，葡萄糖能够被充分利用，产氢量大大提高11。1.2生物制氢的方法比较光合生物制氢的优势在于对蓝细菌(Cyanobacteria)的研究较早，已经积累了丰富的经验，且光合细菌的底物范围也较广12；光合细菌对光的转化效率高13。但光合生物制氢存在以下问题：1）蓝细菌和绿藻在产氢的同时伴随氧的释放，易使氢酶失活1，14。消除氧气的机械法和化学法3或者消耗大量惰性气体和能量，或者导致不可逆反应使细胞失活，都不可取。2）光合产氢微生物只对特定波长的光线有吸收作用15，而提供充

4、分的波长合适的光能又会消耗大量的能源，光源的维护与管理变得复杂，使产业化制氢难度变大7，11。发酵法生物制氢较光合法生物制氢具有以下几个优点：1）发酵产氢菌株的产氢能力要高于光合产氢菌株的产氢能力。2）在实际培养中，发酵细菌生长要快于光合细菌。3）无需光照，不但可以昼夜持续产氢，且产氢反应装置的设计简单，操作管理方便。4）可以使单台制氢设备的容积足够大，提高单台制氢设备的产氢能力，易于实现工业化生产规模。5）可以广泛利用工业废料为底物，实现废物处理的资源化。6）混合培养时，产氢细菌驯化和启动更容易6，

5、7，13，16，17，18。2生物制氢的发展历程早在100多年前，科学家们就发现在微生物作用下，通过蚁酸钙的发酵可以从水中制取氢气2，7。20世纪70年代世界性的能源危机爆发，生物制氢的可行性研究受到高度重视18。生物制氢技术最早由Gaffron和Rubin提出并首先展开了相关研究，此后该项研究在世界上许多国家迅速展开18。迄今为止，已有牛粪废水、精制糖废水19、豆制品废水、乳制品废水、淀粉废水、酿酒废水14、麦麸、酒糟、玉米秸秆等农业固体废弃物20以及厨余垃圾3被转变为生物氢气，但研究规模还处于实验

6、室水平。人们为了提高反应器内的生物量，普遍利用纯菌种9，在菌体培养方面研究固定化技术。传统观点认为，微生物体内的产氢系统（主要是氢化酶）很不稳定，只有进行细胞固定化，才可能实现持续产氢。李建政等使用肠杆菌E.82005菌株进行试验11，连续流非固定化试验的产气率仅为琼脂固定化试验的1/7。然而，固定化技术也有不足。细菌的包埋是一种很复杂的工艺，要求有与之相适应的纯菌种生产、菌体固定化材料开发及加工工艺，使制氢成本大幅度增加；细胞固定化形成的颗粒内部传质阻力较大，使细胞代谢产物在颗粒内积累而对生物产生反

7、馈抑制和阻遏作用，从而会使生物产氢能力降低；固定化的细菌容易失活，一般经3到6个月运行后需要更换，增加了运行成本18。任南琪在1990年提出了以厌氧活性污泥为制氢生产者，利用碳水化合物为原料的发酵法生物制氢技术1，21。该法避免了利用纯菌种进行生物制氢所必须的纯菌分离、扩大培养、接种与固定化等一系列配套技术和设备，在大幅度降低生物制氢成本的同时，也提高了生产工艺的可操作性，在技术上更易满足工业化生产的要求22。中国哈尔滨工业大学通过选育得到了高转化细菌，建立了非固定化连续流混合菌发酵方法，已完成500

8、～1000标准m3/d的中试试验，目前正建立600m3/d的工业化试验装置，成本低于水电解法制氢成本2，13。虽然在发酵法制取氢气的研究上已经取得了很大的成绩，但是这种技术至今没有被广泛的利用，说明它还存在很多问题受到很大限制6。另外，对于生物制氢，氢气的纯化与储存是一个很关键的问题。生物法制得的氢气的体积分数通常为60%～90%，气体中可能混有CO2、O2和水蒸气等。有人尝试使反应气体通过钯～银膜，以实现反应与分离的耦合1。3生物制氢的问题与研究重点目