生物制氢

生物制氢技术现状及其研究进展生物制氢技术是利用一些微生物通过光合作用、化学合成等方式，将水分解产生氢气的一种新型制氢技术。

具有环保、节能、绿色等优点。

目前，生物制氢技术已经成为制氢领域新的研究热点。

下面将从现状和研究进展两个方面进行探讨。

一、生物制氢技术的现状1.发展历程生物制氢技术起源于上世纪60年代，首次使用绿藻进行实验，但由于生长速度慢及光合效率低等原因，并未得到广泛应用。

之后，通过多年的研究，找到了更适合生物制氢的菌株，如光合细菌、厌氧细菌等，这些菌株的生长速度大大提高，光合效率也有所增加，因此，生物制氢技术得以逐渐发展。

2.技术难点（1）菌株筛选：生物制氢的基础是选择一种适合的微生物，优选条件是在光或者厌氧环境下，能够利用水分子产生氢气，并且生长速度快，光/反应效率高。

（2）反应环境：光合作用需要光线作为驱动，厌氧反应需要无氧环境，这个需要研究员通过优化反应器系统，实现稳定的气体产出。

（3）菌群稳定性：要想实现大规模生产，需要菌株能够适应复杂环境，抵御重金属等各种污染物的影响，维持产气稳定。

二、研究进展1.基因工程技术通过基因工程技术，对生物制氢中关键的多种酶的基因进行改造，提高氢气的产量和生产稳定性。

比如，添加氢酶基因可以增强微生物利用水分解产生氢气的效率。

2.光热传导材料研究人员也尝试使用光热传导材料将光能转化为热能，提高生物细胞的温度以促进酶的活性，从而提高生产效率。

3.综合利用研究生物制氢技术的产气过程产生大量的废水，有研究完成了这些废水中营养物质的回收，用于微生物的繁殖和再生利用。

4.产气时间延长早期的研究表明，厌氧细菌在适宜的时候会进行快速的反应，但会产生毒性物质，对菌群生长不利。

因此，研究人员进行了实验，通过改变环境条件，让厌氧细菌产气时间更长，10天、20天，让废水降解更完备，维持系统平稳工作。

总之，随着绿色节能的趋势不断升温，生物制氢技术作为一种绿色环保的制氢新技术，吸引着人们广泛的关注和研究。

生物制氢技术现状及其发展潜力引言：随着人类对清洁能源需求的不断增加，生物制氢技术作为一种潜在的可再生能源解决方案，备受关注。

本文将探讨生物制氢技术的现状以及其未来的发展潜力。

一、生物制氢技术的现状1. 生物制氢技术的基本原理生物制氢技术是利用微生物通过发酵过程产生氢气。

这些微生物可以利用有机物质，如葡萄糖或纤维素等，通过酶的作用将其转化为氢气和二氧化碳。

这一过程被称为发酵产氢。

2. 目前已知的发酵产氢微生物目前已知有多种微生物可以用于发酵产氢，包括厌氧菌类、光合菌类和产氢细菌等。

这些微生物具有不同的特性和适应环境的能力，可以在不同的条件下产生氢气。

3. 生物制氢技术的优势和挑战生物制氢技术相比传统的化学制氢方法具有以下优势：可再生、清洁、低碳排放。

然而，生物制氢技术也面临一些挑战，如微生物的培养和维持、产氢效率的提高以及废水处理等问题。

二、生物制氢技术的发展潜力1. 生物制氢技术在能源领域的应用前景生物制氢技术可以用于替代传统的化石燃料，成为未来能源的重要来源之一。

利用生物制氢技术产生的氢气可以用于发电、交通运输等领域，实现能源的清洁和可持续发展。

2. 生物制氢技术的创新和改进随着科学技术的不断进步，生物制氢技术也在不断创新和改进。

研究人员正在开发新的微生物菌株，改进发酵产氢的效率和稳定性。

此外，一些新的方法和技术，如基因工程、微生物群落工程等，也被应用于生物制氢技术的改进中。

3. 生物制氢技术与其他能源技术的结合生物制氢技术可以与其他能源技术相结合，形成多能源系统。

例如，将生物制氢技术与太阳能、风能等可再生能源相结合，可以实现能源的互补和稳定供应。

4. 生物制氢技术在环保领域的意义生物制氢技术的发展不仅可以解决能源问题，还可以减少环境污染和温室气体排放。

生物制氢技术可以将废弃物和废水转化为有用的能源，从而实现废物资源化和环境保护的双重目标。

结论：生物制氢技术作为一种可持续发展的能源解决方案，具有巨大的发展潜力。

生物制氢展望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[2，6，7，8，9]。

本文只讨论狭义上理解的生物制氢，这也是利用生物制氢的主要研究方向[3，6]。

迄今为止一般采用的方法有:光合生物产氢，发酵细菌产氢，光合生物与发酵细菌的混合培养产氢。

1.1生物制氢的三种方法1）光合生物产氢利用光合细菌或微藻将太阳能转化为氢能[8，10]。

目前研究较多的产氢光合生物主要有蓝绿藻、深红红螺菌、红假单胞菌、类球红细菌、夹膜红假单胞菌等[6，11]。

2）发酵细菌产氢利用异养型的厌氧菌或固氮菌分解小分子的有机物制氢[8]。

能够发酵有机物产氢的细菌包括专性厌氧菌和兼性厌氧菌，如丁酸梭状芽孢杆菌、大肠埃希氏杆菌、产气肠杆菌、褐球固氮菌、白色瘤胃球菌、根瘤菌等[6，11]。

与光合细菌一样，发酵型细菌也能够利用多种底物在固氮酶或氢酶的作用下将底物分解制取氢气，底物包括：甲酸、乳酸、丙酮酸及各种短链脂肪酸、葡萄糖、淀粉、纤维素二糖，硫化物等。

发酵气体中含H2 (40 %～49 %) 和CO2(51 %～60 %) 。

CO2经碱液洗脱塔吸收后，可制取99. 5 %以上的纯H2 。

产甲烷菌也可被用来制氢。

这类菌在利用有机物产甲烷的过程中，首先生成中间物H2 、CO2 和乙酸，最终被产甲烷菌利用生成甲烷。

有些产甲烷菌可利用这一反应的逆反应在氢酶的催化下生成H2[11]。

3)光合生物与发酵细菌的混合培养产氢由于不同菌体利用底物的高度特异性，它们能分解的底物是不同的。

要实现底物的彻底分解并制取大量H2，应考虑不同菌种的共同培养。

Yokoi H.等采用丁酸梭菌( Clost ridiumbutylicm )、产气肠杆菌( Enterobacter aerogenes) 和类红球菌( Rhobacter sphaerbdies)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。

生物质制氢
通常的制氢方法如水电解法、水煤气转化法、甲烷裂解法都需大量的能耗，而生物法制氢相对成本低廉，克服了其他制氢方法高能耗的弊端，还能以污染物为原料进行生产，去除污染。

世界各国都对生物制氢研究有较大的投入，日本通产省和科技厅于1995年开始了一个长达28年的生物产氢计划；美国能源部于1997年开始资助微生物产氢的研究工作；欧洲共同体委员会和国际能源组织也分别于1999和1996年提出了生物产氢的大规模研究计划。

这些研究基本上都集中在利用光合细菌制取氢气，与光合细菌相比，厌氧发酵细菌将有机物转化为氢气、二氧化碳和有机酸，由于不需要光源和生长条件要求简单而使成本更低，但存在着产氢效率低、可控性差的缺点。

国外对利用厌氧发酵细菌产氢主要集中在纯种产氢细菌的固定化技术、纯种产氢细菌及包埋剂的选择，可是由于制氢原料（如废弃物）本身的复杂性，使用纯种细菌无法实现工业化规模的生物制氢。

另外需要考虑的是葡萄糖转化为氢的生物合成反应，目前1摩尔葡萄糖最多可产6摩尔氢气，但是如果按质量计算，160g葡萄糖仅产了12g氢，确实存在经济可行性问题。

生物产氢的重要发展方向是以生物质为原料制取氢气。

该项技术的应用将不仅局限于产生高浓度有机废水的食品加工、发酵等行业，而且还可以用城市污水处理厂的剩余污泥、生活垃圾等其他有机废弃物为原料生产氢气。

欧洲开发了生物质直接气化制氢技术，过程简单、产氢速度快，显示出巨大潜力，成本显著低于生物质发电再电解制氢、乙醇制氢，欧洲正在积极开发这项技术。

生物制氢的三种方法
微生物法制氢包括化能营养微生物产氢、发酵型微生物放氢、光合产氢以及固定化细胞技术产氢等方式。

化能营养微生物产氢，属于化能营养微生物的是某些发酵类型的严格厌氧菌和兼性厌氧菌。

发酵型微生物放氢的原始基质是各种碳水化合物、蛋白质、某些醇类以及有机酸等。

光合产氢，即光合细菌在黑暗厌氧条件下可分解有机物放出少量氢气,光照会明显增加产氢1。

与光合作用相关的产氢过程称为光和产氢。

可用各种工业、生活有机废水和农副产品废弃物为基质，进行光合细菌连续培养。

利用光合细菌产氢比其他生物制氢法更有优越性,如光合细菌的放氢速率比蓝细菌高2个数璜级，比异氧菌产氢的能量转化率髙，且氢气纯度高。

光合细胞产氢已进人应用开发阶段，主要集中于寻找产氢量高、产氢速率大的光合细菌菌种以及产氢工艺条件的探索。

仿照固定化酶技术而产生的固定化细胞技术为连续生物制氢提供了可能。

有人最先把一株芽孢杆菌属制成固定化细胞在滴滤床反应器中试验，结果表明，反应可在4-5min
内完成，二氧化碳转化率达86%,产氢率高达3.96mmo!/(L•min)。