论文--生物制氢技术综述.doc

《论文--生物制氢技术综述.doc》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、生物制氢技术综述摘要：本文综述了生物制氢技术，分析研究了制氢技术的现状及进展，介绍了其应用前景，并进行了展望。关键词：生物制氢，技术，应用，前景一生物制氢概述能源短缺和环境污染是新世纪人类所而临的重大挑战.化石燃料作为一次性能源正H渐枯竭，其大量使用也造成严重的环境污染问题。氢气具有能量密度高、热转化效率高（其燃烧值为石油的2.5倍）、输送成本低，燃烧时只生成水,无二次污染物等诸多优点。氢能可广泛应用于航空航天、氢能发电、电动机车、现代城市公共交通等重要的国民经济领域.同时，氢气作为基本的化工原料在石油化工、化学制药、电子和食品行业等领域也有重要的用途。现有的制氢

2、技术包括物理化学方法和生物方法两大类。物理化学方法（例如电解、石油裂解等）制氢技术成熟、氢纯度高，但效率低、能耗高、制氢成本昂贵。与物理化学方法相比，生物制氢具有高效、节能、成本低等诸多优点而备受关注，生物氢气的生产可有效利用生物能源，并可减少工农业废弃物（或有机废水）对环境的污染以及对石化燃料的使用。生物制氢己成为近年来H本、美国等一些发达工业国关注的热点研究领域Z—•生物制氢是可持续地从自然界屮获取氢气的重要途径Z—。现代生物制氢的研究始于20世纪70年代的能源危机，1990年代因为对温室效应的进一步认识，生物制氢作为可持续发展的工业技术再次引起人们重视。二生

3、物制氢技术（-）生物制氢包括光合作用制氢和发酵制氢。前者利用光合细菌或微藻（绿藻、蓝藻）直接转化太阳能为氢能，特别是微藻制氢的底物是水，来源丰富。而后者利用异养型的厌氧菌或固氮菌分解小分子的有机物制氢，发酵制氢过程具有微生物比产氢速率高、不受光照时间限制、可利用的有机物范围广、工艺简单等优点，因而在生物制氢屮更具有发展潜力。光解水制氢技术是光合作用制氢主耍的方法；而发酵制氢的方法主要有光解水制氢技术，光发酵制氢技术和光发酵和暗发酵耦合制氢技术。光解水制氢是微藻及蓝细菌以太阳能为能源，以水为原料，通过光合作用及其特有的产氢酶系，将水分解为氢气和氧气。此制氢过程不产生

4、CO2o蓝细菌和绿藻均可光裂解水产生氢气，但它们的产氢机制却不相同。蓝细菌的产氢分为两类：类是固氮酶催化产氢和氢酶催化产氢；另-•类是绿藻在光照和厌氧条件下的产氢则由氢酶催化。暗发酵制氢是异养型厌氧细菌利用碳水化合物等有机物，通过喑发酵作用产生氢气。近年来，采用工农业废弃物若不经过处理直接排放，会对环境造成污染。以工业废水造纸、发酵工业废水、农业废料（秸秆、牲畜粪便等）、食品工业废液等为原料进行生物制氢，既可获得洁净的氢气，又不另外消耗大量能源。在大多数的工业废水和农业废弃物屮存在大量的葡萄糖、淀粉、纤维素等碳水化合物，淀粉等高分子化合物可降解为葡萄糖等单糖。葡萄

5、糖是-•种容易被利用的碳源。光发酵制氢是光合细菌利用有机物通过光发酵作用产生氢气。有机废水屮含有大量可被光合细菌利用的有机物成份。近年来，利用牛粪废水、精制糖废水、豆制品废水、乳制品废水、淀粉废水、酿酒废水等作底物进行光合细菌产氢的研究较多。光合细菌利用光能，催化有机物厌氧酵解产生的小分子有机酸、醇类物质为底物的正向自由能反应而产氢。利用有机废水生产氢气要解决污水的颜色（颜色深的污水减少光的穿透性）、污水屮的讓盐浓度（鞍盐能够抑制固氮酶的活性从而减少氢气的产生）等问题。若污水屮COD值较高或含有-•些有毒物质（如重金属、多酚、PAH）,在制氢必须经过预处理。光发酵

6、和喑发酵耦合制氢技术，比单独使用一•种方法制氢具有很多优势。将两种发酵方法结合在一起,相互交替，相互利用，相互补充，可提高氢气的产量。（二）生物制氢方法比较总体上，生物制氢技术尚未完全成熟，在大规模应用Z前尚需深入研究。FI前的研究大多集屮在纯细菌和细胞固定化技术丄，如产氢菌种的筛选及包埋剂的选择等。在丄述生物制氢方法屮，发酵细菌的产氢速率最高，血且对条件要求晶低.具有百犒应币前景：rfn*合细菌产勾的谏率比蕩类快.能蜃和币率比冷酵生物制氢方法产氢效率转化底物类型转化底物效率开境友好程度光解水制氨慢水低需要光，对坏墳无污染光发醉制氢较快小分子有机酸、醇类物质较高可

7、利用各种有机废水制氢，制氢过程需要光照暗发酵制氨快葡萄糖、淀粉、纤维素等磯水化台物高可利用各种工农业废弃物制氢，发酵废衣在排放前需处理光发酵和喑发酵鶴合制氢最快葡萄糠、淀粉、纤维素等確水化台物最高可利用各种工农业废弃物制氢，在光发酵过程中需要氧气三生物制氢技术H前存在的问题1）如何筛选产氢率相对高的菌株、设计合理的产氢工艺来提高产氢效率无论是纯种还是混菌培养，提高关键菌株产氢效率都是最重要的工作。条件优化手段己经不能满足这一要求，需要运用分子生物学的手段对菌种进行改造，以达到高效产氢的H的。概括起来，菌种改造可以涉及到如下几个方而：A.运用代谢工程手段等现代生物技

8、术对产氢细