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1、第五讲生物质发酵制氢与燃料乙醇HydrogenProductionFromBiomassandEthanol张无敌2009.12.21E-mail:wooti@ynnu.edu.cn云南师范大学省农村能源工程重点实验室生物质碳氢化合物水e-e-e-e-e-e-e-e-H2H2H2H2H2H2H2H2H2H2H2H2H2H2H2H2e-e-e-e-燃料电池生物制氢是解决问题的重要途径之一1生物质发酵产氢的概要传统的制氢方法生物质发酵产氢工业制氢中的优势：产氢速率高无需光源，可持续日夜产氢原料来源广且成本低新型环保产业环境整治回收能源降低成本糖类、植物淀粉、有机废水、城市
2、污泥、废弃物、农作物秸秆及少部分小分子有机酸及醇类厌氧发酵产氢主要是通过利用厌氧活性污泥中的微生物发酵有机物而产生氢气的。这类微生物主要以梭菌属的产氢研究为典型。具体来看大致可分为梭状芽孢杆菌型和肠道杆菌型两种方式：第一种：梭状芽孢杆菌型第二种：肠道杆菌型乙醇型发酵的途径：C6H12O6+6H2O→12H2+6CO2可形成12molH2C6H12O6→2H2+2CO2+C4H8O2副产物丁酸，可形成2molH2C6H12O6+2H2O→4H2+2CO2+2C2H4O2副产物乙酸，可形成4molH2Fig.1Comparisonbetweengasoutput,hydr
3、ogencontentandconversionrate27403862480013001402545047.5460047.7042.50171.30005640.336.724.679.675.693.523.7117.4050100150200250300350400450MalicSuccinicCitricLacticButyricPropionicPyruvicAceticFormicOxalicGasoutput×10(ml)HydrogencontentConversionrate(ml/g)FumaricFermentativeHydrogenpro
4、ductionThehydrogenproductionpotentialsoforganicwastes工业发酵产氢多级工艺简略图图中标号为：1、固定化微生物进出口；2、人孔；3、混合菌种固定化微生物；4、筛网板；5、螺旋或蛇形盘管；6、排污口；7、膨大球体；8、检修口；9、取样口；10、直接进料口；11、第1级发酵罐；12、第2级发酵罐；13、第3级发酵罐；14、第4～n级发酵罐；15、CO2去除装置；16、O2去除装置；17、H2贮气装置。18、发酵液流通管和通道阀门；19、集气管1819概述化石能源是当今能源结构的主体.随着经济的快速发展,化石能源的消费迅速增
5、加.然而,化石能源是一类非常宝贵的不可再生资源,其储量有限.为了实现社会和经济的可持续发展,开发和利用生物能源已成为一种战略选择.目前生物能源产品中,在产业规模方面发展最快的是燃料乙醇,它是一种液体燃料,是汽油的理想替代品.燃料乙醇的特性①燃料乙醇是燃油的增氧剂，使石油增加内氧，燃烧充分，达到节能和环保目的。②乙醇具有极好的抗爆性能，调和辛烷值一般在120以上，它可有效提高汽油的抗爆指数（辛烷值）。③在“新配方汽油”中，乙醇还可以经济有效地降低芳烃、烯烃含量，降低炼油厂的改造费用。④更重要的是乙醇是太阳能的一种表现形式，在整个自然界这个大系统中，乙醇的整个生产和消费过
6、程可形成无污染和非常清洁的闭路循环过程，永恒再生，永不枯竭。原料来源1.糖类甘蔗、甜菜、糖蜜、和水果等2.淀粉类玉米、木薯、土豆等3.纤维素类木材、农业废弃物和造纸厂原料的预处理1淀粉质原料的预处理以木薯为类，木薯原料在进行正式生产之前，为了保证生产的正常进行和提高生产的效益，预处理包括除杂和粉碎两个工序。2纤维原料的预处理纤维素进行预处理目的是降低纤维素的结晶度,解除木素障碍和降低纤维素的聚合度,这样能够增加原料的外表面积,提高纤维素与水解催化剂的可接合性。因此,预处理必须满足下列要求：促进糖的形成,或者提高后续酶水解形成糖的能力;避免碳水化合物的降解或损失；避免副
7、产物形成阻碍后续水解和发酵过程；有成本效益。菌株筛选及构建产酒精的微生物主要包括酵母和细菌两大类.菌株选育的目标：一是通过基因工程和代谢工程等现代生物技术手段，构建发酵性能优良的菌株,调控微生物代谢过程,提高酒精对糖的收率,以降低燃料酒精生产的原料消耗;二是提高菌株的耐温性以提高发酵温度,降低大型发酵装置夏季高温季节的冷却费用,以及提高菌株的耐酒精性能以提高发酵终点发酵醪中的酒精浓度.Kondo等通过分子生物学手段,将带有葡萄糖糖化酶基因的表达质粒pGA11导入酵母菌宿主YF207中,得到的菌株YF207/pGA11可在超过300h的条件下连续高产酒
