生物制氢研究进展_产氢机理与研究动态VIP免费

化工进展2006年第25卷第9期CHEMICALINDUSTRYANDENGINEERINGPROGRESS生物制氢研究进展(Ⅰ)产氢机理与研究动态柯水洲，马晶伟（湖南大学土木工程学院水科学与工程系，湖南长沙410082）·1001·摘要：阐述了7类生物制氢系统的产氢机理、影响因素以及提高产氢率和产氢量的方法，介绍了国外最新的研究进展。光发酵生物制氢技术和厌氧发酵生物制氢技术是研究的热点，而厌氧发酵由于产氢效率较高而成为最具潜力的生物制氢技术之一。光合–发酵杂交技术不仅减少了所需光能，而且增加了氢气产量，同时也彻底降解了有机物，使该技术成为生物制氢技术的发展方向。关键词：生物制氢；光发酵；厌氧发酵中图分类号：Q939.9；TK91文献标识码：A文章编号：1000–6613（2006）09–1001–06Progressofbiologicalhydrogenproduction(Ⅰ)MechanismanddevelopmentKEShuizhou，MAJingwei(DepartmentofWaterEngineeringandScience，SchoolofCivilEngineering，HunanUniversity，Changsha410082，Hunan，China)Abstract：Thispaperpresentsseventypesofbiologicalhydrogenproductionsystemsandthemechanism，affectingfactors，methodsofenhancementofhydrogenproductionaswellasresearchprogress.Therecentstudiesarefocusedonphotofermentationandanaerobicfermentationtechnology.Anaerobicfermentationsystemshavethegreatpotentialtobedevelopedaspracticalbiologicalhydrogensystemsduetoitshighhydrogenyield.Ahybridsystemusingphotosynthesisandfermentativebacteriacanenhancethehydrogenproductionandreducetheneedforlight.Theprocesswillbethefuturedirectionofbiologicalhydrogenproduction.Keywords：biologicalhydrogenproduction；photofermentation；anaerobicfermentation目前全世界所需要的80%的能源都来自于化石燃料，但其储量有限，且趋于枯竭。化石燃料燃烧时生成COx、SOx、NOx、CxHx、烟雾、灰尘、焦油和其他有机化合物，造成了严重的环境污染并使全球气候发生变化[1]。为了缓解能源危机和环境问题，氢气将是最佳的替代能源。氢是一种清洁的新型能源，不含碳、硫及其他的有害杂质，和氧燃烧时只生成水，不会产生COx、SOx和致癌物质，大大地减轻了对环境的污染，保护了自然界的生态平衡。氢除了具有化石燃料的各种优点外，还有它独特的优点，即：可储存性、可运输性好；不仅是所有已知能源中能量密度最大的燃料（122kJ·g–1），还可作为其他初级能源（如核能、太阳能）的中间载能体使用；转换灵活，使用方便，清洁卫生[2]。氢能是一种可再生的永久性清洁能源，符合人类长远发展的需要。因此，从20世纪70年代起，世界各国就对氢能的开发研究十分重视。用氢制成燃料电池可直接发电，也可采用燃料电池和氢气–蒸汽联合循环发电，其能量转换效率大大高于现有的火力发电。除了作为能源，氢气还有着其他广泛的用途，如用于氢化工艺中生产低分子量饱和化合物，生产氨、盐酸和甲醇，提炼金属矿，作为防腐防氧化的除氧剂、火箭发动机的燃料、发电机的制收稿日期2006–02–27；修改稿日期2006–04–03。第一作者简介柯水洲(1964—)，男，博士，教授，主要从事研究水处理工程。E–mailszkyr@126.com。·1002·化工进展2006年第25卷冷剂等，液氢还可用于低温及超导工业。氢气可以通过很多工艺制取，包括电解水、光解水、热解水、热化学分解水和热催化重整、热解、气化、汽化富氢有机化合物等[3－5]。当前，90%以上的氢气来自于天然气、轻油馏分的气化重整工艺，电解水、气化煤和重整甲烷也是工业上常用的方法[6]。但这些方法大都以化石燃料为能源，属能量密集型产业，不利于环境保护与社会的持续发展。氢气也可以在微生物的作用下利用水和有机物来生产，这些微生物既有自养微生物又有异养微生物。绿藻和蓝细菌等自养微生物能够以二氧化碳为碳源通过分解水来制取氢气。暗发酵细菌和光营养细菌等异养微生物则能够利用有机物产生氢气。生物制氢工艺基本上都在常温常压下进行，能耗低，物制氢却一直未能应用于实践。许多技术问题，如微生物的筛选、反应器的设计、操作条件的优化等仍有待解决，该技...