微生物固定化制氢技术的研究现状与展望
生物制氢技术的未来前景展望
上述的几类生物制氢法袁其各自均有其自身特点遥 目前 尚无某种单一方法可产生大量的氢气袁以满足世界范围内的 氢能源需求遥 尽管上述技术在过去几十年中已取得显著进 展袁但距离其全面商业化仍有一定的距离遥
3 可用于制取氢气的微生物
目前有多组微生物都可以用于产氢咱8暂袁总体而言可分为 2 大类院淤异养菌袁需要家庭垃圾尧工业废物尧废水等物质为 其提供化学结合能袁并且不需要光曰于主要为光合作用菌袁其 利用光能制取氢气袁其中的蓝细菌具有固氮能力袁但产氢仅 是其副产物遥
C6H12O6+6H2O寅12H2+6CO2 该方法的一大技术优势为无需借用光袁因此可全天候制 取氢气袁同时可利用多种碳源作为培养基遥 渊5冤混合发酵技术遥 该技术可通过将 2 种发酵工艺相结 合而提高氢气产量遥 该工艺的协同作用在于可最大化地转化 底物袁否则由于受到热力学的限制袁其底物将无法全部转化遥 采用 2 阶段发酵过程袁 可有效提升氢气的总产量袁2 个阶段
渊1冤直接生物光解技术遥 该过程可利用太阳能和微藻的 光合作用系统将水分解成氢气遥其直接生物光解所用的光合 作用系统与植物及藻类相同袁但是其产物不含碳袁而是氢气遥 光合作用系统在阳光辅助下将水转换成氢气和氧气袁其化学 方程式如下院
2H2O+光寅2H2+O2 采用直接光解袁其产氢时间较短袁由于氢化酶的酶活性 对同步产生的氧气较为敏感袁这一点是采用该方法制氢的最 大困难遥 此类问题可通过使用绿藻来解决袁例如衣藻可以维 持较低的氧气浓度袁但其氢气产量也较低遥 渊2冤间接生物光解技术遥 在间接光解过程中袁通过将氧气 与氢气的生产相分离袁降低了氢气释放对氧的敏感性遥 该方
目前常见的产氢微生物是严格厌氧的袁一些兼性菌如果 含有氢化酶也可被当做产氢菌遥 其真核的绿藻也含有氢化 酶袁也可用于产生氢气遥
生物制氢技术现状及其发展潜力
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。
微生物制氢
3.暗发酵制氢
• 投入:各种有机物
•
•
微生物(暗发酵)
• 产出：氢气
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• 许多厌氧微生物在氮化酶或氢化酶的作用 下能将多种底物分解而得到氢气。
• 这些底物包括:甲酸、丙酮酸、CO和各种短 链脂肪酸等有机物、硫化物、淀粉纤维素 等糖类。
• 这些原料广泛地存在于工农业生产的高浓 度有机废水和人畜粪便中。利用这些废弃 物制取氢气,在得到能源的同时还起到保护 环境的作用。
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光合微生物制氢的总况
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• 优势明显:以太阳能为能源、以水为原料,能量消 耗小，生产过程清洁，受到各国生物制氢单位的 关注。
• 现况无奈：目前光合微生物制氢离实用化还有相 当距离，光能转化率低，要大量制氢，就需要很 大的受光面积，还没有满意的产氢藻。
• 仍有希望：但普遍认为，光合生物制氢很有发展 前景。据美国太阳能研究中心估算，如果光能转 化率能达到10%，就可以同其他能源竞争。
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例如
C6H12O6 + 2H2O→ 2CH3COOH + 4H2 + 2CO2 C6H12O6 + 2H2O→ CH3CH2CH2COOH + 2H2 +
2CO2 当H2、CO2分压增加,产氢速率明显降低，合成
更多与产氢竞争的底物
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• 厌氧发酵细菌生物制氢的产率一般较低,能 量转化率一般只有33%左右，但若考虑到 将底物转化为CH4，能量转化率则可达85%。
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微生物制氢的三大方法
• 1.光合微生物产氢 • 2.微生物水气转换制氢 • 3.暗发酵制氢
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• 水气转换是CO与H2O转化为CO2和H2的反 应。以甲烷或水煤气为起点的制氢工业均 涉及CO的转换,因此水气转换是工业制氢的 一个基础反应。水气转换属放热反应，高 温不利于氢的生成，然而高温有利于动力 学速率提高。
简述生物制氢技术存在的问题及发展前景
简述生物制氢技术存在的问题及发展前景摘要:氢能是未来最有发展前景的新能源之一。
以多种方式制备的氢气,通过燃料电池直接转变为电力,可以用于汽车、火车等交通工具,实现终端污染物零排放;也可以用于工业、商业和民用建筑等固定式发电供热设施。
生物制氢是可持续地从自然界中获取氢气的重要途径之一。
关键词: 生物制氢工业技术存在问题发展前景氢能是未来最有发展前景的新能源之一。
现代生物制氢的研究始于20世纪70年代的能源危机,90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。
一、主要生物制氢工业技术1、光解水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CO2。
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:一类是固氮酶催化产氢和氢酶催化产氢;另一类是绿藻在光照和厌氧条件下的产氢则由氢酶催化。
2、暗发酵制氢技术暗发酵制氢是异养型厌氧细菌利用碳水化合物等有机物,通过暗发酵作用产生氢气。
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。
以造纸工业废水、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。
3、光发酵制氢技术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。
有机废水中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)、污水中的铵盐浓度(铵盐能够抑制固氮酶的活性从而减少氢气的产生)等问题。
若污水中COD值较高或含有一些有毒物质(如重金属、多酚、PAH),在制氢必须经过预处理。
微生物制氢的原理和应用
微生物制氢的原理和应用1. 引言微生物制氢是一种新型的可再生能源技术，通过利用特定微生物的代谢产物来产生氢气。
这种技术在能源转型和环境保护方面具有重要意义。
2. 微生物制氢的原理微生物制氢的原理是利用特定菌种的发酵作用，将有机物质转化为氢气和二氧化碳。
具体原理如下：•酶催化反应：微生物中特定酶的催化作用是实现微生物制氢的关键。
这些酶能够将有机物质中的水分子解离，产生氢气和电子。
•发酵过程：微生物在适宜的条件下进行发酵，将有机物质通过酶催化反应转化为氢气和二氧化碳。
发酵过程中产生的氢气可以通过收集和储存供人们使用。
3. 微生物制氢的应用微生物制氢技术在能源和环境领域有着广泛的应用前景。
以下是一些主要的应用领域：3.1 能源领域微生物制氢技术在能源领域的应用主要包括以下几个方面：•可再生能源：微生物制氢是一种可再生能源技术，能够通过利用有机废弃物等资源，产生清洁高效的能源。
这对于解决能源短缺和减少对化石燃料的依赖具有重要意义。
•氢燃料电池：微生物制氢产生的氢气可以作为氢燃料电池的供气源。
氢燃料电池具有高效、零排放的特点，是未来可持续发展的能源解决方案之一。
3.2 环境保护领域微生物制氢技术在环境保护领域的应用主要有以下几个方面：•资源回收利用：微生物制氢技术可以将有机废弃物转化为有价值的氢气资源，实现资源的回收利用，降低对自然资源的压力。
•减少污染物排放：微生物制氢过程中产生的二氧化碳可以被吸收和利用，从而减少二氧化碳等温室气体的排放，减轻对大气环境的污染。
3.3 生物工程领域微生物制氢技术在生物工程领域的应用主要包括以下几个方面：•菌种改良：生物工程技术可以通过改良微生物菌种的基因，提高其产氢能力和稳定性，从而提高微生物制氢技术的效率和可行性。
•产氢工艺优化：生物工程技术可以通过优化微生物制氢的发酵过程、调节菌种的生长环境等方式，提高产氢效率和减少不良产物的产生。
4. 发展与挑战微生物制氢技术在研究和应用过程中还面临一些挑战和问题：•菌种选择：发展微生物制氢技术需要选择适合的菌种，具有高效的氢气产生能力和稳定性。
生物制氢的研究进展
生物制氢的研究进展氢气是高效、清洁、可再生的能源，在全球能源系统的持续发展中将起到显著作用，并将对全球生态环境产生巨大的影响。
氢本身是可再生的，在燃烧时只生成水，不产生任何污染物，甚至也不产生COZ，可以实现真正的“零排放”。
此外，氢与其它含能物质相比，还具有一系列突出的优点。
氢的能量密度高，是普通汽油的2.68倍；用于贮电时，其技术经济性能目前已有可能超过其它各类贮电技术；将氢转换为动力，热效率比常规化石燃料高30－60％，如作为燃料电池的燃料，效率可高出一倍；氢适于管道运输，可以和天然气输送系统共用；在各种能源中，氢的输送成本最低，损失最小，优于输电。
氢与燃料电池相结合可提供一种高效、清洁、无传动部件、无噪声的发电技术。
小型的低温固体离子交换膜燃料电池可用在汽车和火车机车上；氢也能直接作为发动机的燃料，日本已开发了几种型号的轻能车。
预计到21世纪初，燃氢发动机将在汽车、机车、飞机等交通工具的应用中实现商业化。
氢能作为“二次能源”，国际上的氢能制备来自于矿石燃料、生物质和水工艺主要有电解制氢、热解制氢、光化制氢、放射能水解制氢、等离子电化学法制氢和生物制氢等。
在这些方法中，90％都是通过天然的碳氢化合物一天然气、煤、石油产品中提取出来的。
除了生物制氢技术外，其它的制氢技术都要消耗大量的化石能源，而且也要在生产过程中造成环境污染，所以采用生物制氮技术，减少环境污染，节约不可再生能源，可能成为未来能源制备技术的主要发展方向之一。
1、生物制氢技术的发展早在19世纪，人们就已经认识到细菌和藻类具有产生分子氢的特性。
20世纪70年代的石油危机使各国政府和科学家意识到急需寻求替代能源，生物制氢第一次被认为具有实用的可能，自此，人们才从获取氢能的角度进行各种生物氢来源和产氢技术的研究。
当今世界所面临的能源与环境的双重压力，使生物制氢研究再度兴起。
各种现代生物技术在生物产氢领域的应用，大大推进了生物制氢技术的发展。
生物质制氢技术及其研究进展
生物质制氢技术及其研究进展张晖;刘昕昕;付时雨【摘要】在制浆造纸、生物炼制以及农业生产过程中,会产生许多生物质下脚料或废弃物,通过制氢技术可将这些废弃物转化再利用.以生物质为原料来制取氢气具有节能、环保、来源丰富的优点,主要包括化学法与生物法.化学法又细分为气化法、热解重整法、超临界水转化法以及其他化学转化方法.生物法可细分为光解水制氢、光发酵制氢、暗发酵制氢以及光暗耦合发酵制氢.本文对多种生物质制氢方法及原理进行总结,对各种方法的优缺点进行对比,介绍了近年来生物质制氢技术的研究进展,最后对生物质制氢的发展提出展望.【期刊名称】《中国造纸》【年(卷),期】2019(038)007【总页数】7页(P68-74)【关键词】氢气;生物质;气化;热解;发酵【作者】张晖;刘昕昕;付时雨【作者单位】华南理工大学制浆造纸工程国家重点实验室,广东广州,510640;华南理工大学制浆造纸工程国家重点实验室,广东广州,510640;华南理工大学制浆造纸工程国家重点实验室,广东广州,510640【正文语种】中文【中图分类】TS79;TQ51随着制浆造纸、生物炼制产能的提高，工农废弃物排放量逐渐增加。
在制浆造纸中，这些废弃物包括制浆备料废渣、碎浆筛浆排渣、机械分切下脚料以及污水处理产生的富含有机质的造纸污泥[1]。
在农业生产、城市绿化及生物炼制中，同样存在着大量生物质剩余废弃物[2]。
生活中，以木质纤维为原料的用品种类繁多,如纸杯、纸盘、纸基包装等。
这类废弃物虽具备环境友好的特点，但是降解需要时间，将其废弃会对环境产生影响，并造成生物质资源的浪费[3]。
如何将这些废弃物资源化利用是亟待解决的问题。
近年来，以生物质为基础的制氢技术逐步发展，为生物质废弃物的转化利用提供了新途径。
1 氢气及生物质制氢氢气无毒、质轻、燃烧性良好，在传统燃料中热值最高，是公认的清洁能源，其开发利用有助于解决能源危机与环境污染问题，受到研究者们广泛关注[4]。
固定化微生物制氢技术的研究进展
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特点 ： ①污泥龄长 ， 适合世代周期长的微生物生长； ②水
力停 留时间短 ， 容积 负荷高 ； ③一般能有较高的生物浓 度， 引起较高的吸附速率和较快的生物降解速率 ， 生物载 体—— 微生物群体 内生物相的多样化食物链较长 ， 污泥产 生量少 ； ④载体内分层结构使生物环境多样化 ， 内部微生
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维普资讯
江西农业学报
２０ ，９ ４ ：９— ３ ０７１ （）８ ９
ＡｅａＡｇｉｕ ｕ ａ ｉｎ ｘ ｔ ｒ ｈ ｒｅＪａ ｇｉ ｅ
固定 化 微生 物 制氢技 术 的研 究 进展
罗 欢， 兵 ， 云 黄 包
（ 昆明理工大学 环境科 学与工程学院， 云南 昆 明 ６ｏ ９ ） ５ｏ３
１ 前 言
目 前全球能源主要依靠煤炭、 石油和天然气等矿物
燃料 ， 这些化石燃料的燃烧已对全球环境造成严重污染 ，
制氢机理及技术理论的探索研究提供基础。本文重点分 析了国内外固定化微生物制氢的研究进展 。
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微生物固定化制氢技术的研究现状与展望
1. 研究现状
微生物固定化制氢技术是利用细菌从可生物降解的有机物质中
分解氢，从而实现生物工艺制氢的一种技术。
目前，微生物固定化制氢技术伴随着科学的进步，取得了一定的进展。
首先，研究人员已经成功地建立了一系列细菌，获得了多种细菌的生物质氢制备技术，如由放线菌等建立的微生物发酵过程，以及由枯草芽孢杆菌和芽孢杆菌等建立的基于酸性发酵的系统。
此外，研究人员已经开发了一系列基于催化复合物的新型改性催化剂，能够有效地增加发酵液中的氢气释放。
此外，研究人员也在研究利用细菌聚合酶分解高分子有机物质，如糖，以及利用微生物便携式技术，以提高氢气生成率方面取得了一定的进展。
2. 展望
今后，微生物固定化制氢技术的研究将继续向前发展，可期待的是：
1）逐渐完善基于生物技术的工艺，开发出更高效的微生物固定化氢技术，以便更有效的制氢；
2）发展出可用于大规模工业应用的微生物固定化制氢技术，提高氢气生成率，减少成本，提高投资回报；
3）将微生物固定化制氢技术与其他生物技术相结合，实现可持续发展；
4）研究先进的氢气分离技术，进一步提高氢气的经济性；
5）逐步完善国内外关于微生物固定化制氢技术的管理系统，使之更加完善。