生物制氢研究进展_产氢机理与研究动态
生物制氢技术现状及其研究进展
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。
生物质发酵产氢原理、进展和优缺点
生物质发酵产氢原理、进展和优缺点目前，世界范围类96%的氢气来源于化石燃料，其生产过程中排放大量的温室气体。
生物产氢过程包括:生物光解产氢，光发酵以及暗发酵[2，3]。
与其他生物产氢过程相比，暗发酵的方式原料来源广泛，可利用多种工农业固体废弃物和废水[4]。
此外，暗发酵产氢的速率高且无须太阳能的输入[3，5]。
因此，从能源和环境角度，利用废弃生物质进行发酵产氢具有前景广阔。
基本原理暗发酵生化途径如图6-1所示，以葡萄糖为例，在通过糖酵解途径转化为丙酮酸时，产生三磷酸腺苷( adenosine triphosphate，ATP)和还原态烟酰胺腺嘌呤二核苷酸( reduced form of nicotinamide adenine dinucleotide，NADH)。
丙酮酸进一步可通过两条途径转化为乙酰辅酶A。
一种途径是通过严格厌氧菌( Clostridium属)代谢，同时产生还原铁氧还蛋白( reduced ferredoxin， Fared)。
另一种是通过兼性厌氧菌( Enterobacter，Klebsiella)代谢，同时产生甲酸[7-9]。
乙酰辅酶A在不同的微生物和环境条件下最终被转化为乙酸、丙酸、乳酸、丁酸等挥发性脂肪酸( volatile fatt! acids，VAs)和乙醇、丁醇等醇类。
图61葡萄糖的暗发酵产氫代谢途径[7~9]从表6-1中的化学计量方程来看，1mol葡萄糖可以产生12mo氢气[式(6-1)][7]，然而此反应整个过程中自由能为正，在没有能量输入的情况下不能进行。
1mol葡萄糖可以生成4moI氢气与2mo乙酸[式(6-2][11。
乙酸进一步分解产生氢气需要外部的能量输入如光能(光发酵)、电能(燃料电池)等[11。
如式(6-2)~式（6-4)所示，在碳水化合物的产氢发酵过程中，最常见的发酵产物是乙酸、丁酸和乙醇[8]。
氢气产率与乙酸、丁酸的生成成正相关的关系，而乙醇的产生将降低氢气产率。
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。
生物制氢技术的研究进展
生物制氢技术的研究进展随着全球能源需求的持续增长，化石燃料的资源短缺和环境问题日益凸显，新能源的研究和应用已成为各国的热点之一。
生物制氢技术作为一种可持续发展的新能源技术，近年来受到越来越多的关注。
本文将着重介绍生物制氢的基本原理和最新研究进展。
生物制氢是一种利用微生物将有机废弃物转化为氢气的过程。
生物制氢的基本原理是通过微生物代谢处理有机物质时，产生氢气作为副产物。
常见的生物制氢微生物有产氢菌，其中发酵产气菌属于产氢菌的一种。
产氢菌的代谢途径主要分为两类：靠营养成分产生氢气的生产型代谢和利用有机物产生氢气的基质型代谢。
生产型代谢是指通过微生物使用酸类营养物，产生氢气和有机酸的代谢途径。
其中产氢细菌普遍采用的是厌氧性的、低pH值的发酵过程。
主要原理是将有机酸通过与细菌产生的氢气反应，进而分解为氢气和二氧化碳。
基质型代谢则是一种通过在有机废物中加入特定微生物，加速有机质分解产生氢气的技术。
这种代谢重要的是它可以将工业和农业废弃物转化为有价值的能源。
生物制氢技术的研究与应用已经得到广泛的关注。
从微观方面，目前主要研究生物转化氢气的代谢途径以及代谢途径中涉及的酶和基因，优化有机废弃物转化为氢气的过程。
同时研究如何培养、筛选最有效的产氢微生物，提高产氢的效率，并有效避免废弃物过多对环境造成二次污染。
从宏观方面，主要是降低成本，提高生产效率，从而使生物制氢技术广泛应用于能源产业。
在微观方面，针对生物制氢应用中的硫毒化现象，一些学者提出了新的解决办法。
首先，添加硫抑制剂法，这种方法利用抑制剂对细菌进行处理，以降低硫对产氢细菌的抑制作用。
其次，即时空分布将硫的影响降到最低，即在出口流速快的气流中添加酸，让酸从出口流向反应器的中心，使酸反映的时间和硫的浓度最小化。
同时，研究人员发现了新型产氢的细菌，这一细菌的厌氧发酵能力较强，电位差大，使得酶的反应速度加快，从而使其对于转化能源的作用进一步提升。
除此之外，生物制氢技术在产氢效率方面也取得了不小的进展。
生物质催化制氢技术的研究和应用
生物质催化制氢技术的研究和应用随着环保意识的不断提高，人们对新能源的需求也越来越大。
而氢能作为一种清洁的能源形式，逐渐受到世界各地能源研究者的青睐，并且在实际应用中也取得了一些重要的成果。
其中，生物质催化制氢技术是一项广受关注的技术，其独特的制氢方法和清洁的制氢过程使得其被认为是未来氢能产业发展的重要方向之一。
一、生物质催化制氢技术的基本原理生物质催化制氢技术是一种以生物质为原料，在生物催化剂作用下，将生物质分解为氢、二氧化碳和一些有机物的一种技术。
其基本原理是利用一些生物质的分解产物，特别是生物质的可发酵性有机物，通过微生物的作用和生物质催化剂的辅助，在较低的温度、压力条件下实现氢的分离和纯化。
该技术的反应式为：C6H12O6 → 2CO2 + 2H2其中，C6H12O6代表生物质成分，2CO2代表产生的二氧化碳，2H2代表产生的氢气。
这种反应过程需要在一定的温度和压力条件下完成，一般在微生物的作用下，反应温度为30-60℃，压力为1-5atm。
二、生物质催化制氢技术的优势生物质催化制氢技术具有以下优势：1.清洁、环保生物质催化制氢技术生产的氢气产生的二氧化碳比传统火力发电和石化化工少，有助于降低大气污染，对环境友好。
2.资源丰富生物质催化制氢技术以生物质为原料，可利用农业废弃物、食品废品、城市垃圾等丰富的资源，有助于解决能源危机和降低生活垃圾处理成本。
3.部署灵活生物质催化制氢技术可在地域性较高的地区进行部署，有助于降低能源损失和提高能源的分布效率。
三、生物质催化制氢技术的研究进展目前，生物质催化制氢技术已经得到了广泛的研究和应用，在催化剂的选择、反应器的设计和构建等方面取得了一些重要成果。
1.催化剂的选择生物质催化制氢技术的成功与否，与催化剂的选择存在很大的关系。
当前主要的催化剂包括纳米催化剂、光催化剂、微生物等。
其中，纳米催化剂具有比表面积大、反应活性高、操作方便等优点，是目前研究的热点之一。
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。
生物质制氢的研究与应用
生物质制氢的研究与应用随着环保意识的不断提高和氢能作为全球清洁能源的重要组成部分的发展，生物质制氢成为了近年来备受关注的研究领域。
生物质制氢的概念生物质制氢，是利用微生物或者化学方法将生物质经过分解、转化等处理后制取氢气的一种生产方式。
生物质可以是各种有机废弃物或者部分植物，包括但不限于麻酥、秸秆、木屑、生物污泥、食品废弃物等。
通过生物质制氢的方式，不仅可以解决垃圾、废物等环境问题，还可以将有机废弃物转化为可用的清洁能源——氢气。
生物质制氢的原理生物质制氢的具体原理和过程，取决于使用的方法和微生物。
其中，化学方法的原理，是通过热解或反应，将生物质高温裂解生成一系列有机化合物，然后再进行分解等物理和化学反应制取氢气。
而微生物方法的原理，是利用微生物将有机物分解为二氧化碳和氢气。
生物质制氢的优势生物质制氢相比于其他氢气生产方式，有以下几个优势：1. 环保：生物质制氢的过程中不会产生有害气体，例如二氧化碳、甲烷和氧化氮等废气。
相对于传统的燃烧过程，生物质制氢的氢气生产过程更环保、更绿色。
2. 循环利用：生物质制氢的原料来自生产和生活中的废弃物，如厨余垃圾、植物废弃物、农业废物等，可以实现废物资源化，回收再利用，避免对环境的污染。
3. 将生物质转化为氢气，能够给村庄、乡村等地方带去便捷的能源，促进农村地区经济的发展。
4. 应用广泛：生物质制氢不仅可以生成燃料气体，而且可以用作氢燃料电池的燃料，广泛应用于汽车和一些移动设备等领域。
生物质制氢的现状目前，生物质制氢研究已经取得了不小的进展，国内外多家企业和研究机构对其进行了不同层面的研究，并实现了一些实验室或小规模生产的成果。
生物质制氢的研究方法主要包括：化学法、微生物发酵法和光催化法。
这些方法各有优缺点，例如化学法含酸、含碱、含高温，产生废弃物多，需要能源消耗较大；微生物方法造成的环境影响较小，但微生物本身和能转化的有机质种类有限，对温度、pH等条件的要求较高；光催化法可实现大规模氢气产出，但技术还处于探索初级阶段。
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]。
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O2
在这两个系统中，2 个光子（每一系统一个光 子）用来转移水中的 1 个电子和还原 CO2 或形成 H2。由于脱氢酶对 O2 很敏感，当环境中氧气浓度 接近 1.5％时，脱氢酶迅速失活，产氢反应立即停止， 所以光合过程产生的 H2 和 O2 必须及时进行分离[10]。 为此，产生了两相工艺：首先在第一相经普通的光
文献标识码：A
文章编号：1000–6613（2006）09–1001–06
Progress of biological hydrogen production(Ⅰ)
Mechanism and development
KE Shuizhou，MA Jingwei
(Department of Water Engineering and Science，School of Civil Engineering，Hunan University， Changsha 410082，Hunan，China)
Rhodospirillaceae 属的某些光能异养菌能够以 CO 为唯一碳源在无光照中生长，在一氧化碳脱氢 酶（一种氧化还原酶）的催化下产生 ATP，同时放 出 H2 和 CO2。该反应是酶促反应，且只能在低温低 压下进行。反应方程如下
CO(g)＋H2O(l) ⎯⎯→ CO2(g)＋H2(g)
ΔG0= – 20 kJ/mol
(5)
C3H6O3＋3H2O ⎯光⎯能→6H2＋3CO2
(6)
C4H6O5＋3H2O ⎯光⎯能→6H2＋4CO2
(7)
C4H8O2＋6H2O ⎯光⎯能→10H2＋4CO2
(8)
除有机酸外，单糖（如葡萄糖）和多糖（如淀
粉）也可以用来产氢，见式(9)。光营养细菌利用芳
香族化合物产氢也已有研究[9]。
C6H12O6＋12H2O ⎯光⎯能→12H2＋6CO2
2006 年第 25 卷第 9 期
化工进展
CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS
·1001·
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）
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
合作用将 CO2 固定到含氢化合物中，然后在第二相 中经光照、厌氧发酵产生分子氢[8]。Kosorov 等[11] 进行了 Chlamydomonas reinhardtii 持续产氢的研究， 产氢速率为每 100 h 7.95 mmol(H2)·L－1，相当于 0.08制氢
系统）
蓝细菌可以利用光合作用通过以下两个步骤
合成并释放 H2
12H2O＋6CO2 ⎯光⎯能→C6H12O6＋6O2
(2)
C6H12O6＋12H2O ⎯光⎯能→12H2 ＋6CO2
(3)
蓝细菌（或称蓝藻）属革兰氏阳性菌，具有和
第9期
柯水洲等：生物制氢研究进展（Ⅰ）
·1003·
高等植物同一类型的光合系统及色素，能够进行氧 的合成。蓝细菌在形态上差异很大，有单细胞的、 丝状的、也有聚居的。所需的营养非常简单，空气 (N2 和 O2)、水、矿物盐和光照即可。
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（122 kJ·g– 1），还可作为其他初级能源（如核能、
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， 对环境无害，而且还可利用有机废物这种用之不竭 的可再生能源 [6－8]。
(4)
Rubrivivax gelatinosus CBS 属紫色非硫细菌， 它不仅可以在无光照环境中进行 CO-水转化反应， 将空气中的 CO 转化为接近理论产量的 H2，还可以 在光照及 CO 为惟一碳源条件下，通过 CO2 固定过程 同化 CO 为细胞物质[14]。在低浓度培养(OD660＜0.2＝、 高搅拌速率(250 r/min)、气相中 20%为 CO 的条件下， CO 氧化的比产氢速率为 0.8 mmol/[min·g(细胞)]。 2.4 光发酵生物制氢系统
Abstract：This paper presents seven types of biological hydrogen production systems and the mechanism，affecting factors，methods of enhancement of hydrogen production as well as research progress. The recent studies are focused on photo fermentation and anaerobic fermentation technology. Anaerobic fermentation systems have the great potential to be developed as practical biological hydrogen systems due to its high hydrogen yield. A hybrid system using photosynthesis and fermentative bacteria can enhance the hydrogen production and reduce the need for light. The process will be the future direction of biological hydrogen production. Key words：biological hydrogen production；photo fermentation；anaerobic fermentation
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：Q 939.9；TK 91
1 生物制氢的发展
利用微生物制取氢气这一课题已经研究了几十 年。在 20 世纪 30 年代，第一次报道了细菌暗发酵制 取氢气。随后在 1942 年 Gaffron 和 Rubin 报道了绿藻 利用光能产生氢气，1949 年 Gest 和 Kamen 发现了光 营养产氢细菌。Spruit 在 1958 年证实了藻类可以通 过直接光解过程产氢而不需要借助于二氧化碳的固 定过程。Healy（1970 年）的研究表明光照强度过高 时由于氧气的产生 Chlamydomonas moewsuii 的产氢 过程将受到抑制。20 世纪 70 年代能源危机期间，全 世界对生物制氢进行了大量的研究。Thauer 于 1976 年指出，由于暗发酵至多只能将 1mol 葡萄糖生成 4mol 氢气和 2mol 乙酸，故其很难应用于实际生产中。 而光营养细菌可以将有机酸等底物完全转化为氢气， 所以此后生物制氢的研究基本上都集中于光发酵。20 世纪 80 年代初在世界范围内研究与发展计划（R&D） 对可再生能源的支持逐渐减少。到 90 年代早期，环 境问题日益严重，又使人们将注意力集中到可替代能 源上。在德国、日本、美国生物制氢 R&D 的支持下， 藻类利用光能从水中制取氢气这一领域得到了广泛 的研究。然而，这一过程中总的太阳能转化效率仍然 很低。另一方面，暗发酵和光营养细菌可以从低成本 的底物或有机废物中制取氢气。由于既可以产生清洁 能源又可以处理有机废弃物，美国和日本政府支持开 展了数个长期的研究计划[9]。预计于 21 世纪中期可 实现生物制氢技术的实际应用。
生物制氢按照微生物的种类、是否需要光照以
及底物的不同等方面可以分为以下几类。
2.1 光合成生物制氢系统（也称直接生物光解制氢 系统）
植物和藻类通过光合作用生成有机化合物，而产
氢藻类可通过相同的生物过程按以下反应生成氢气
2H2O ⎯光⎯能→ 2H2＋O2
(1)
这一过程涉及光吸收的两个不同系统：裂解水和释
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–mail szkyr@。
·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
光发酵的所有生物化学途径都可以表示为
(CH2O)x → 铁氧还蛋白 → 固氮酶 → H2
↑ ATP
↑ ATP