微生物制氢
光合细菌及其在生物制氢中的应用
光合细菌及其在生物制氢中的应用光合细菌是一种利用光合作用将无机物质转化为有机物质的细菌，它们可以减少二氧化碳排放并能够生产出氢气，成为了一种潜力巨大的能源替代品。
本文将介绍光合细菌及其在生物制氢中的应用。
一、光合细菌的发现及种类光合细菌的发现可以追溯到19世纪，当时德国科学家默克分离出了一种可以通过光合作用产生糖类、脂类和蛋白质的微生物。
随后，继续研究的科学家们发现了越来越多的光合细菌种类，包括单细胞菌和链状菌等。
其中，最为常见的光合细菌是产生氢气的紫色硫细菌和非紫色硫细菌。
二、光合细菌制氢原理光合细菌利用光合作用中的光能将无机物质转化为有机物质，同时释放出氧气。
在一些光合细菌的代谢途径中，一部分有机物质会被继续分解，这个过程称为无氧呼吸。
在无氧呼吸中，光合细菌会将有机物质转化为氢气和二氧化碳，从而产生能量。
这个过程称为光合氢产生。
三、光合细菌在生物制氢中的应用光合细菌可以应用于生物制氢领域，因为它们能够通过光合作用产生有机物质，然后利用有机物质进行光合氢产生。
相比于传统的制氢方法，生物制氢过程中不会产生二氧化碳等有害物质，从而减轻了环境负担。
另外，生物制氢的过程是可持续的，需要的原料和能源都可以从自然界中获取，不会对环境造成任何损害。
四、光合细菌制氢的优势与挑战相比于传统的制氢方法，光合细菌制氢具有以下几个显著的优点：1.生产氢气的过程不需要特殊的高压、高温设备，降低了设备使用成本。
2.光合细菌可以利用可再生能源进行制氢，设备运行成本较低。
3.生物制氢过程中不会产生有害物质，环保效益显著。
但是，同时也存在着一些挑战：1.光合细菌的生长条件较为严苛，需要保证光照强度、温度、养分等因素的恒定。
2.在实际应用中，光合细菌的生长效率相对较低，制氢量难以满足工业需求。
3.铂金作为催化剂具有较高的成本，以目前的技术水平每立方米产生的氢需要3~5克的铂金作为催化剂，增加了制氢成本。
五、未来展望随着科技的不断发展，生物制氢技术也在不断进步。
生物质制氢 成本
生物质制氢成本摘要：I.生物质制氢简介- 什么是生物质制氢- 生物质制氢的优点II.生物质制氢成本分析- 生物质原料成本- 预处理成本- 气化或微生物催化脱氧成本- 分离纯化成本- 总成本III.降低生物质制氢成本的途径- 优化生物质原料选择- 改进预处理技术- 提高气化或微生物催化脱氧效率- 优化分离纯化工艺IV.生物质制氢的发展前景- 环保效益- 促进国家能源结构多样化发展- 降低氢气生产成本对产业发展的影响正文：生物质制氢是一种利用生物质资源通过气化或微生物催化脱氧的方法制取氢气的过程。
生物质制氢具有环保效益，可以降解生物质，减少温室气体的排放，促进国家能源结构多样化发展。
然而，生物质制氢成本相对较高，限制了其在氢能产业中的发展。
本文将分析生物质制氢成本及降低成本的途径。
首先，生物质原料成本是生物质制氢成本的重要组成部分。
生物质原料的选择对成本影响较大，因此，优化生物质原料选择是降低制氢成本的一个有效途径。
农业废弃残留物、林业废弃残留物和工业城市废弃残留物等都是常见的生物质原料，通过合理利用这些原料，可以降低原料成本。
其次，预处理成本也是生物质制氢成本的一个重要部分。
预处理主要包括生物质的干燥、破碎和筛选等过程。
改进预处理技术，提高预处理效率，可以降低预处理成本。
气化或微生物催化脱氧是生物质制氢的关键步骤，其成本直接影响制氢过程的整体成本。
提高气化或微生物催化脱氧效率，可以降低能耗和原料消耗，从而降低制氢成本。
最后，分离纯化成本是生物质制氢的最后一个环节。
优化分离纯化工艺，提高分离纯化效率，可以降低分离纯化成本，从而降低生物质制氢总成本。
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。
生物制氢技术的发展及应用前景
1
暗发酵生物制氢技术
暗发酵生物制氢是利用厌氧发酵产氢细菌在厌 此过程不需要 氧条件下将有机物分解转化为氢气， 光能供应. 能够进行暗发酵产氢的微生物种类繁多，
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第 42 卷
包括一些专性厌氧细菌、 兼性厌氧细菌及少量好氧 ［ 1］ 细菌 ， 例 如 梭 菌 属 （ Clostridium ） 、 类芽孢菌属 （ Paenibacillus） 、 肠杆菌科（ Enterobacteriaceae） 等. 目前， 已知的暗发酵产氢过程主要包括甲酸 分解产氢、 丙酮酸脱羧产氢以及 NADH / NAD 平 衡调节产氢 3 种途径. 以葡萄糖为例， 其暗发酵产 氢过程为： 首先， 葡萄糖经糖酵解途径生成丙酮 ATP 和 NADH；然后， 丙酮酸被丙酮酸铁氧化 酸、 CO2 和还原性铁 还原蛋白酶氧化成乙酰辅酶 A、 氧化还原蛋白（ 丙酮酸脱羧过程 ） ； 或者经丙酮酸 甲酸裂解酶而分解成乙酰辅酶 A 和甲酸， 生成的 甲酸再次被氧化为二氧化碳， 并使铁氧化还原蛋 白还原（ 甲酸裂解过程 ） ； 最后， 还原性铁氧化还 原蛋白在氢化酶和质子的作用下生成氢气 . 在产 氢代谢过程中， 不同的生态环境和不同的生物类 群导致代谢的末端产物也不尽相同. 根据末端代 谢产物的不同， 可以产生不同的发酵类型. 传统的 暗发酵生物制氢可以分为丁酸型发酵和丙酸型发 ［ 2］ 任南琪等通过对糖蜜废水的 酵 . 1990 年以来， 连续流制氢研究， 发现并提出了新的乙醇型发酵 ［ 3 － 5］ . 研究表明， 当末端产物为乙醇时， 产氢途径 氢气产量较高 . 特别指出的是 E. harbinense sp. 7］ 8］ B49 ［ 、 E. harbinense sp. Y3 ［ 及 E. harbinense sp.
温度对固定化微生物发酵制氢的影响
中图分类号 ： Ｘ ７ ０ ３ ． １ 文献标志码 ： Ａ 文章编号 ： １ ０ ０ １— ８ ５ ８ １ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ４— ０ ｌ ｌ ５— ０ ３ Ｅｆ ｆｅ ｃ ｔ ｏ ｆ Ｔｅ ｍｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｕｒ ｅ ｏ ｎ Ｈｙ ｄｒ ｏ ｇ ｅ ｎ Ｐｒ ｏ ｄｕｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｂ ｙ Ｉ ｍｍ ｏ ｂｉ ｌ ｉ ｚ ｅ ｄ Ｍｉ ｃ ｒ ｏ ｏ ｒ ｇ ａ ｎｉ ｓ ｍ Ｆｅ ｒ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ
摘
要： 研 究 了不 同发酵温度对 固定化微 生物制氢的影响 ， 结果表明 ： 当发 酵温度为 ３ ５℃时 ， 其 最大累积产 氢量为 ４ ９ ６
ｍ Ｌ ， 平均比产氢速率为 １ ５ ． ８ ｍ Ｌ ／ （ ｈ・ ｇ ） 。 关键词 ： 固定 化 微 生 物 制 氢 ； 发酵 ； 温度 ； 产 氢
微 生物 的 厌 氧发 酵 过 程是 在 一 个 封 闭 的 环 境 中进
行的 ， 因此 ， 影响微生物发酵产氢 速率 和产氢量的限制 因子主要有温度 、 ｐ Ｈ值 、 底物浓度 和厌 氧发酵产物等 ，
与５ ０ ｍ Ｌ海藻酸钠溶 液混合 ， 制备成 污泥小球 与配制 好 的营养液 １ ５ ０ ｍ Ｌ （ Ｃ Ｏ Ｄ 浓度为 １ ０ ０ ０ ０ ｍ ｇ ／ Ｌ ） 一 同置
人２ ５ ０ ｍ Ｌ反应器 中， 初始 ｐ Ｈ值为 ７ ． ０ ， 开展不同发酵 温度下污泥 固定化后的微生物小球产氢试验。
其 中温度是影 响微 生物生 长和繁殖 的重要 因素 之一。
由于 微 生物 的 生 长和 繁 殖 是通 过 一 系列 的 生 物 化 学 反
应来完成 的， 而生物 化学反应 的酶促反 应特性使 得这 些反应需要在一定 的温度 范围 内才 能正常进行 ， 这决 定 了微生物 的生长必须在一定的温度范围 内才能顺利
生物质转化制氢技术的研究与发展
生物质转化制氢技术的研究与发展一、引言随着全球化进程和环保理念的普及，越来越多的国家开始关注能源问题。
传统的化石燃料资源日益枯竭，而新能源的研究和利用变得越来越重要。
作为一种新型能源，氢气具有化石燃料所没有的优点，如碳排放减少、高效利用、环保等，已经成为国际上极为重要的能源。
而生物质转化制氢技术则成为了制取氢气的一种重要途径，其不仅可以减少化石能源的使用，还可以有效地解决生物质资源的再利用问题。
因此，生物质转化制氢技术在未来的能源中发挥着重要作用。
二、生物质转化制氢技术的研究现状（一）生物质转化制氢技术的定义和分类生物质转化制氢技术指利用生物质资源，通过化学反应或生物反应，将生物质转化为氢气的过程。
其主要包括热化学法、生物化学法和生物发酵法三种分类。
其中，热化学法是将生物质通过高温加热分解产生气体，如各种有机废物、玉米秸秆、热力石油焦、木材等可以作为原料。
生物化学法以微生物为基础，通过微生物的代谢过程将生物质转化为氢气，如光合细菌、厌氧细菌、产氢菌、甲烷菌等可以用来制氢。
生物发酵法则是指利用生物质资源，通过发酵过程转化为氢气，例如各种有机碳水化合物、食品残渣、废水等。
（二）热化学法热化学法是将生物质物料通过高温加热分解产生气体。
其通过生物质的干馏、氧气气化、蒸汽气化等过程产生氢气，具有能量利用效率高、生产效益好等优点。
但是，该方法需要大量能源进行加热，对环境造成污染严重，需要继续改良提高其适用性。
（三）生物化学法生物化学法则是指利用微生物代谢过程将生物质转化为氢气。
其具有非常明显的环保优势，同时其原料来源广泛，可以充分利用各种农作物和生物质废弃物，有很大的发展前景。
但是，其效率较低，且微生物代谢容易受到环境因素影响，需要有很好的环境条件，才能得到良好的反应结果。
（四）生物发酵法生物发酵法是将生物质废弃物通过一定的条件和生物发酵菌种，转化为氢气的过程。
其除了生产氢气之外，还可以处理生物质的废弃物，具有双重效益。
简谈生物发酵制氢法
(3)氧化还原电位
(4)金属离子
金属离子能对氢酶的结构
和功能产生影响,从而影响产氢 发酵细菌的产氢能力。也是影
任南琪教授等人经过系统 的研究提出,pH值和氧化还原电
位对产氢发酵微生物的发酵产
物组成有重要影响,是影响产酸 发酵类型的限制性生态因子。
响产酸发酵菌生长与发育的重
要的生态因子。
金属离子影响因子的研究：
实验装置：主体设备为生物制氢模型反应器，反应器的有效容积9.6L, 沉淀区为5.4L，采用将电热丝缠绕在反应器外壁上的方式加热保温， 温度控制在35℃左右，上下浮动不超过1 ℃。
实验用底物：采用甜菜制糖厂的废糖蜜，反应器进水配置中添 加少量的N、P肥料，COD:N:P=500：5:1.
乙醇型发酵菌群的产氢能力 本实验中,乙醇型发酵菌群发生并达到稳定的pH值在4.0~4.5之间,稳定
如图是对丁酸型发酵 菌群产气能力和产氢 能力的测试结果。实 验结果表明,在实验条 件下,丁酸型发酵菌群 的产气能力和产氢能 力要比乙醇型发酵菌 群低,平均为2.19 mol/kg vss· d,最高产 气能力为2.74 mol/kg vss· d。而产氢能力平 均为0.57mol/kg vss· d,最高产氢能力 达到0.77mol/kg vss· d。
人们利用一些微生物载体,对产氢细菌的细胞固定化技术进
行了一系列的研究。
限制因素 细胞固定化技术的使用,使反应系统的产氢速率和运行稳定性 有了很大提高。但是,固定化技术的复杂性、巨大的工作量以及高
昂的制氢成本决定了该技术的应用只能局限于小型的实验室研究,
无法实现大规模的工业化生产,而且作为固定化载体的基质会占据 反应器内大量的有效空间,反应器产氢率的进一步提高会由于生物
生物制氢
与藻类相似，蓝细菌在产氢的同时也会产生氧气， 而氧是固氮酶的抑制剂。
通过基因工程改变藻类的基因提高藻类的耐氧能力 是目前的主要研究内容，并已取得了一些进展。
厌氧细菌产氢由于不依赖光照，在黑暗条件下就可进行 产氢反应，容易实现产氢反应器的工程放大试验 厌氧细菌能利用多种有机物质作为制氢反应原料，可使 多种工农业有机污水得到洁净化处理，有效地治理了环 境污染，同时还产生洁净的氢气，使工农业有机废弃物 实现了资源化利用 厌氧细菌在发酵制氢过程中的产氢量和原料利用率均比 较低Fra bibliotek
1949年，Gest等研究证明深红红螺菌在有机碳的存 在下可以放出氢气 1966年 刘易斯提出了生物制氢的概念 1976年，孙国超等分离出了产氢量和产氢时间都较 可观的产氢菌。 1984年，日本的Miyake等筛选出了平均产氢率达 18.4微升/h*mg的非硫光合细菌 现有的研究大多为实验室内进行的小型试验，许多 研究还都集中在细菌和酶固定化技术上，离工业化 生产还有很大差距
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一切有生命的可以生长的有机物质通称为生物质。 它包括所有的植物、微生物以及以植物、微生物为 食物的动物及其生产的废弃物。 有代表性的生物质如农作物、农作物废弃物、木材、 木材废弃物和动物粪便等。 生物质能的利用主要有直接燃烧、热化学转换和生 物化学转换等3种途径。
直接燃烧：农作物秸秆 柴 生物质的热化学转换是指在一定的温度和条件下， 使生物质汽化、炭化、热解和催化液化，以生产气 态燃料、液态燃料和化学物质的技术。 生物质的生物化学转换 沼气转化：有机物质在厌氧环境中，通过微生物发 酵产生一种以甲烷为主要成分的可燃性混合气体即 沼气。 乙醇转换：是利用糖质、淀粉和纤维素等原料经发 酵制成乙醇。 其他转换