生物制氢
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。
生物质制氢技术
• 利用可再生能源，如太阳能、海洋能、地热能、生物质能来制取氢气 是极具有吸引力和发展前途的。
§4.2 生物质热化学转换法制氢
• 为化学工程过程 • 以生物质为原料，以氧气（空气）、水蒸气或氢气等作为
生物能源
第四章 生物质制氢技术
第四章 生物质制氢技术
• §4.1 概述 • §4.2 生物质热化学转换法制氢 • §4.3 微生物法制氢
§4.1 概述
• 氢的性质 • 含量为最丰富的元素 • 最环保、洁净的能源 • 所有气体中最轻的 • 热值为汽油的3倍 • 着火点低，易爆炸（体积
分数为18-65%时）
生物质气化
• 生物质热化学气化是指将预处理过的生物质在气化介质中 如：空气、纯氧、水蒸气或这三者的混合物中加热至 700℃以上，将生物质分解为合成气。
• 生物质气化的主要产物为H2、CO2、CO、CH4 • 混合气的成分组成比因气化温度、压力、气化停留时间以
及催化剂的不同而不同 • 气化反应器的选择也是决定混合气组成的一个主要因素。
• 该法采用各种工业和生活有机废水及农副产品的废料为基 质，进行光合细菌连续培养，在产氢的同时可净化废水并 获单细胞蛋白
• 研究进展 5.1 生物质气化技术 我国的生物质气化技术已达到工业示范
和应用阶段。中国科学院广州能源所多年 来进行了生物质气化技术的研究，其气化 产物中氢气约占10%,热值达11MJ/m3。在 国外，由于转化技术水平较高，生物质气 化已能大规模生产水煤气，且氢气含量也 较高。
• 制氢系统--CMR制氢装置 氢气的膜分离技术发展出一种将生物质
气化和氢气分离合成一步的氢气膜催化反 应器（Catalytic Membrane Reactor,CMR），如图5所示。这种方法是 在气化反应器内安置一膜催化分离器，这 个膜分离器可以是附有超薄（小于25um） 活性介质的平板或一束束管子。
有机废水发酵法生物制氢技术资料
2）系统运行PH的变化规律
氢离子浓度与微生物的生存有密切的关系,整个胞外酶和胞内 酶的稳定性均在一定程度上受到它的限制。反应器启动后,含 有大量溶解性碳水化合物的废水进人反应器,由于碳水化合物 发酵产生的有机酸(特别是乙酸)的积累,使系统内pH值在5d内 迅速下降到4.0以下,但是随着系统缓冲能力的增强,pH值出现 逐渐升高的趋势。在反应器运行到25d时，各格室的pH值均上 升到4.2以上,在此之后的30d运行过程中,系统表现出良好的稳 定性,尽管进水pH值在5.5~7.0之间频繁波动,但系统出水的pH 值始终维持在4.2~4.4这一有限范围内。
四、产酸发酵菌群的产氢机理
大分子有机物（碳水化合物、蛋白质、脂肪 等） 1水解阶段 细菌胞外酶
水解的和溶解的有机物 2酸化阶段 有机酸、醇类、醛类等 产酸细菌 2酸化阶段 H2、CO2
3乙酸化阶段
4甲烷化阶段 乙酸 甲烷细菌
甲烷细菌
4甲烷化阶段 CH4
五、厌氧折流系统制氢的实验室研究
1982年,美国Stanford大学的教授针对传统有机废水厌氧生物处理
物,对此模型反应设备的启动、出水pH、碱度、氧化还原电位(ORP)、产
氢速率、液相末端发酵产物[如乙醇和挥发性脂肪酸VFAS等]的变化规律 作了研究,初步确定了此模型的最佳工程控制参数。
ABR各个隔室中微生物相是随流程逐渐递变的，递 变的规律与底物的降解过程协调一致，从而确保相应 的微生物拥有最佳的代谢环境和代谢活性。ABR的推流
一株发酵产氢细菌。
2、发酵法生物制氢的优势
发酵法生物制氢的产氢稳定性好
发酵产氢细菌的产氢能力高
制氢成本低
发酵细菌的生长速率快
微生物不同，其产能方式也不同。由于细菌种类的不同及生化反应体系 的生态位存在着很大的变化，导致形成不同特征性的末端产物。根据末 端发酵产物组成，可以将发酵类型分为三类: (1)丁酸型发酵产氢 (2)丙酸型发酵产氢 (3)乙醇型发酵产氢
生物制氢技术.、看
4 . 暗发酵生物制氢技术
3 研究气体快速分离技术，减少因氢、二氧化 碳分压增加抑制产氢速率———膜技术的使 用；
4 防止因一氧化碳积累对PEMFC的毒害；
5 诱变高产氢能力的菌株；
6 优化反应器的设计—如固定床的使用
结语
• 生物制氢是世界各国发展氢能的一个重要 项目，具有战略性的意义，虽然目前，其 工艺还不完善，难以用于实际生产，但由 于它有着其它能源所无法取代的优越性， 相信不久的将来它将成为世界能源的一个 重要支柱。
4、微生物暗发酵及CO-水气转换制氢的总况
• 相对与光合微生物制氢，暗发酵体系和CO水气转换系统具有较强的实际运用前景
• 目前以葡萄糖，污水，纤维素为底物并不 断改进操作条件和工艺流程的研究较多。
• 我国也在暗发酵制氢上取得了一定的成果
• 采用细胞固定化技术，可以实现稳定的产 氢与储氢。
• 但为保证较高的产氢速率，实现工业规模 的生产，还必须进一步地完善固定化培养 技术，优化反应条件，如培养基的成份、 浓度、PH等。
• 过去是用化学的方法进行水气转化
• 现在出现了利用微生物进行水气转化的方 法
• 目前己发现两种无色硫细菌Rubrivivax gelatinosus和Rubrivivax rubrum能进行 如下反应 ：
• CO(g) +H2O(l) CO2(g) +H2(g)
• 这提供了利用合成气转换制氢的新途径
（3）光发酵产氢
有机物 光能异养型微生物
光能
氢气
特点：利用光能分解有机物，并产 生氢气
原理
• 此类微生物无PSII光合系统，无法利用水 来产生氢离子。
• 它们而是利用光能将有机物分解，产生氢 离子和高能电子。产氢酶再利用这些中间 产物和ATP来产生氢气。
微生物制氢
目录
CONTENTS
1 引言 2 制氢方法简介 3 生物制氢 4 制氢途径 5 存在问题与展望
1 引言
在目前所用的商品能源中95%是化石能源。在能量消耗
中比重最大的是石油，占能源总消耗总量的45%，煤炭占
30%，天然气占21%。一方面化石燃料的储量有
限，大规模的开采和消耗必将导致能源枯竭；
的产氢基因和产氢酶提炼出肠杆菌等受体细胞中进行表达。
在
问
（4）研究微生物产氢的代谢过程中的酶类，对代谢过程进
题
行控制，使代谢途径更好的向高效产氢的方向进行等。
与
展
望
[13] Ren N, Guo W, Liu B, et al. Biological hydrogen production by dark
物转化为电能的方法,在最近几年得到了飞速的发展。
微生物电解电池( microbial electrolysis cells，MEC) 则是在MFC 的基础上改进而
成的一种产氢装置，即MECs技术是一种利用微生物代谢活动将储存在废水有机
生
物
物中的化学能直接转化为电能的生物反应装置。
制
氢
途
径
4 「MECs」原理
2
天然气转化制氢
生物制氢
制
甲醇水蒸气转化制氢
氢
方
法
煤焦化或煤气化法制氢
简
介
电解水制氢
[2] 倪萌, M.K .H .Leung , K .Sumathy. 电解水制氢技术进展[J].能源环境保护，2004,18（5）：5-9. [3] 刘晓丽.制氢工艺技术比较[J].工艺与设备，2016,5:78-79.
生物制氢展望
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
。。。
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
生物制氢
2.蓝细菌（藻）间接光解水制氢技术 蓝细菌（ 蓝细菌 （1）筛选高活性氢酶或高异性细胞结构的菌 （藻）株； （2）基因工程水段消除吸氢酶，增加双向氢酶 的活性； （3）优化光生物反应器的设计
3.光发酵系统 3.光发酵系统 （1）消除其他竞争性微生物，以减少对营养的 消耗； （2）共培养利用不同光能的微生物 4.暗发酵生物制氢技术 4.暗发酵生物制氢技术 （1）研究气体快速分离技术，减少因氢、二氧 化碳分压增加抑制产氢速率———膜技术的 使用； （2）防止因一氧化碳积累对PEMFC的毒害； （3）诱变高产氢能力的菌株； （4）优化反应器的设计—如固定床的使用
生物制氢过程的运用、 生物制氢过程的运用、前景 和发展方向
文食103——1 孙马龙
序言
2002年9月在巴黎汽车博览会上通用汽车公司推出一辆 可行驶的名为Hy-wire的样车。与普通汽车不同的是，该汽 车使用氢燃料电池作为动力。今天，内燃机汽车的能效利用 率只有20%~25%，及时再使用新技术，其能源利用率也只 能爬升到30%左右，而且不可避免的仍要排放CO2和其它污 染物。而氢燃料电池的利用率高达55%，几乎十内燃机的2 倍，所以发展氢能源成为了各个国家面临的重要问题。
氢气产生速率与：pH、水力停留时间、 氢分压等有很大关系 利用厌氧细菌发酵纤维素、半纤维素、木质 素降解后的小分子有机物，具有很强的环境、 经济效益
四绿藻直接光解水制氢技术 （1）通过基因工程水段改变集光复合体尺寸， 以增加太阳能的转换效率； （2）改变氢酶基因的耐氧性，或是进行定向克 隆； （3）优化设计，降低光生物反应器的成本； （4）优化调控方法、工艺条件，增加产氢速率、 产氢量.
（2） Rubrivivax gelatinosus CBS 能够100% 转换气态的CO成H2； （3）这类微生物的氢酶具有很强的耐氧性，在 空气中充分搅拌时氢酶的半衰期为21h. 代表性菌株： Rubrivivax gelatinosus CBS 96mmol H2/mg cdw/h
生物制氢技术
优点：清洁，节能，不消耗矿物资源，可再生等。 利用太阳能通过生物质制氢是最有前景的制氢途径。
生物质为可再生资源，通过光合作用进行能量和物质转换，在常温常压下通过酶的催 化作用得到氢气；太阳能可以作为产氢的一次能源，降低生物质制氢成本。
氢的储存
氢的储存比固态煤、液态石油、天然气更困难。 一般，氢可以以气体、液体、化合物等形式储存。
目前氢的储存方式主要有： 常压储氢、 高压储氢、 液态储氢、 金属氢化物储氢、 非金属氢化物储氢
氢的利用
(1)用做内燃机燃料
氢内燃机与汽油内燃机相比，系统效率高，发动机寿命长，环境 友好，使用经济。目前氢内燃机汽车还在示范阶段，困难在于没 有适宜的车载储氢技术； 氢内燃机飞机和氢燃料火箭前景更好。
热化学转化法制氢原理
生物质超临界转化制氢
生物质超临界转化制氢是将生物质原料与水按一定比例混 合，置于超临界条件下（压力22. 15 MPa，温度347℃） 发生热化学反应，生成氢气含量较高的气体和成分。
水在超临界状态下溶解性类似于非极性有机溶剂，临界温度下几乎所 有的有机物都可以溶解，无机盐等极性物质溶解度很低
(2)用做燃料电池
是氢能利用的最理想方式，是电解水制氢的逆反应。 用于燃料电池汽车，系统较简化且可提高燃料电池的效率。但氢 的储存量有限，目前正在研究合适的储氢方式。 燃料电池还可用在固定式电站，也可用作小型或微型便携电源。
(3)用于热核反应
氢的同位素氘和氚是核聚变反应最为常见的原料。
地球上海水中含有的氘超过4．0×1013 t。1L海水中的氘，经过核聚变产生的 能量，相当于300 L汽油燃烧后释放的能量。如果把自然界的氘和氚全部用于 核聚变，其产生的能足够让人类用100亿年。
生物质能制氢方法原理和经济性
生物质能制氢方法原理和经济性导读：1、生物质制氢气方法；2、生物质生物发酵制氢原理；3、光合细菌产氢示意图；4、黑暗厌氧发酵产氢示意图；5、生物制氢应用到工业中的经济性。
生物质是一种复杂的材料，主要由纤维素、半纤维素和木质素组成，以及少量的单宁酸、脂肪酸、树脂和无机盐。
这种可再生的原材料具有很大的潜力，可用于发电和生产高附加值化学品。
生物质能源作为一种新型可再生能源用于制氢，是绿色氢气的重要来源。
生物质制氢的主要途径为生物质发电，然后用电解水制氢；或者生物质发酵制氢；或者用生物质化工热裂解制氢；还可以利用生物质制成乙醇，再进行乙醇重整制氢。
可表示为表4-2。
表4-2生物质制氢气方法生物质发电，再用此电电解水制氢，与通常的电解水制氢并无不同。
这里主要介绍生物质生化发酵制氢、生物质化工热裂解制氢和生物质制乙醇、乙醇制氢。
生物质生物发酵制氢原理根据所用的微生物、产氢底物及产氢机理，生物制氢可以分为3种类型：①绿藻和蓝细菌(也称为蓝绿藻)在光照、厌氧条件下分解水产生氢气，通常称为光解水产氢或蓝、绿藻产氢；②光合细菌在光照、厌氧条件下分解有机物产生氢气，通常称为光解有机物产氢、光发酵产氢或光合细菌产氢；③细菌在黑暗、厌氧条件下分解有机物产生氢气，通常称为黑暗(暗)发酵产氢或叫发酵细菌产氢。
(1)光解水产氢(蓝、绿藻产氢)蓝细菌和绿藻的产氢在厌氧条件下，通过光合作用分解水产生氢气和氧气，所以通常也称为光分解水产氢途径。
其作用机理和绿色植物光合作用机理相似，这一光合系统中，具有两个独立但协调起作用的光合作用中心：接收太阳能分解水产生H+、电子和O2的光合系统Ⅱ(PSⅡ)以及产生还原剂用来固定CO2的光合系统I(PsI)。
PSⅡ产生的电子，由铁氧化还原蛋白(Fd)携带经由PSn和PSI到达产氢酶，H+在产氢酶的催化作用下在一定的条件下形成H2。
产氢酶是所有生物产氢的关键因素。
绿色植物由于没有产氢酶，所以不能产生氢气，这是藻类和绿色植物光合作用过程的重要区别所在，因此除氢气的形成外，绿色植物的光合作用规律和研究结论可以用于藻类新陈代谢过程分析。
生物制氢的三种方法
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)。
第十章生物质制氢最全PPT
2、发酵产氢途径
发酵产氢过程实际上时生物氧化的一种方 式，由一系列的酶、辅酶和电子传递中间 体共同参与完成。微生物发酵产氢的途径 有两种：
① 丙酮酸脱羧产氢，在丙酮酸脱羧形成乙酰 的过程中，脱下的氢经铁氧还原蛋白的传 递作用形成氢分子；
② 辅酶I的氧化与还原平衡调节产氢。
（1）丙酮酸脱羧产氢
• 第一种是丙酮酸首先在丙酮酸脱氢酶的作 用下脱羧，形成TPP-E的复合物，将电子转 移给还原态的铁氧还蛋白，然后在氢酶的 作用下被重新氧化成氧化态的铁氧还蛋白， 产生分子氢；
（三）其他产氢机理-产氢产乙酸细菌的产氢作用
产氢产乙酸细菌将产酸发酵第一阶段产酸 的乙酸、丁酸、戊酸、乳酸和乙醇等进一 步转化为乙酸，同时释放分子氢。
第二节 主要的生物制氢技术及其发展现状
根据转化利用方法的不同，可将生物制氢 分为： ➢生物（微生物）制氢 ➢热化学转化制氢
一、生物（微生物）制氢
• 第二种是通过甲酸裂解的途径产氢，丙酮 酸脱羧后形成的甲酸以及厌氧环境中CO2和 H+生成的甲酸，通过铁氧还蛋白和氢酶作 用分解为CO2和H2。
（2）辅酶I的氧化与还原平衡调节产氢
在碳水化合物发酵过程中，经EMP途径产生 （9）氢能适应储运及各种应用环境的不同要求。
生物制氢的现象在100多年前已被发现。 产氢产乙酸细菌将产酸发酵第一阶段产酸的乙酸、丁酸、戊酸、乳酸和乙醇等进一步转化为乙酸，同时释放分子氢。
的还原型辅酶I通过与丙酸、丁酸、乙酸和 终产物中氢气组成达95%以上；
（1）所有元素中，氢重量最轻。 （4）混合细菌发酵产氢过程中彼此之间的抑制、发酵末端产物对细菌的反馈抑制等。
乳酸等发酵过程相耦联经氧化为氧化型辅 光合微生物制氢是指利用光合细菌或微藻将太阳能转化为氢能。
生物制氢 综述
生物制氢综述
生物制氢是指利用生物体代谢产生的氢气作为能源的一种生产方式。
生物制氢技术具有环保、可持续、低成本等优点，因此备受关注。
本文将从以下几个方面进行综述。
一、生物制氢的原理
生物制氢的原理是利用微生物代谢产生氢气。
微生物可以利用有机物进行发酵代谢，产生氢气。
常见的微生物有厌氧菌、光合菌、嗜热菌等。
其中，厌氧菌是生物制氢中最常用的微生物。
厌氧菌能够将有机物分解成简单的有机酸，然后通过酸化反应产生氢气。
二、生物制氢的优点
1. 环保：生物制氢不会产生二氧化碳等有害气体，对环境没有污染。
2. 可持续：生物制氢利用的是生物体代谢产生的氢气，是一种可持续的能源。
3. 低成本：生物制氢的原料是廉价的有机物，生产成本较低。
三、生物制氢的方法
1. 厌氧发酵法：利用厌氧菌进行发酵代谢，产生氢气。
2. 光合制氢法：利用光合菌进行光合作用，产生氢气。
3. 生物电化学法：利用微生物在电极上进行代谢反应，产生氢气。
四、生物制氢的应用
生物制氢技术可以应用于许多领域，如能源、环保、农业等。
其中，生物制氢可以作为一种清洁能源，用于替代传统的化石能源。
此外，生物制氢还可以用于污水处理、农业生产等领域。
五、生物制氢的挑战
生物制氢技术还存在一些挑战，如微生物的选择、发酵条件的优化、氢气的分离等。
此外，生物制氢的产氢效率还需要进一步提高。
综上所述，生物制氢是一种具有潜力的清洁能源技术。
虽然还存在一些挑战，但随着技术的不断发展，相信生物制氢技术将会得到进一步的发展和应用。
生物制氢
陆金平 （四川大学建筑与环境学院环境工程 3 班
学号 2013141474002）
摘要：阐述了生物制氢的重要性，生物制氢的几种主要系统和途径，同时也介
绍了氢能源的利用价值和目前我国氢能源的发展状况。其中主要介绍了生物质制 氢的原理以及不足同时介绍了光发酵制氢的发展状况。
关键词：生物制氢，制氢系统，氢能源，制氢原理。
Rhodospirillaceae 科的某些光异养型细菌可以生长在CO为唯一碳源的生 长环境中, 产生ATP并伴随着H2和CO2的释放, 伴随着H2的释放由CO向CO2的氧化 转变,是通过下面的水-气交换反应来完成的: CO(g)+H2O(1)→CO2(g)+H2(g)ΔG0 = -20(kl/mol)
的已经实现，有的正在开发，有的尚在探索中。（5）化工原料[4]。工业上氢用
于生产化肥、染料、塑料、甲醇及油类和脂肪的氢化等。我国制氢工业的历史较
长，方法也很多，目前重要的方法有以下几种热催化重整、热解、气化、汽化富
氢有机化合物等，基本反应过程为:C+H2O→CO+H2，CH4+H2O→CO+3H2。该方法对
这一反应由酶代谢途径中的蛋白质介导反应的, 只发生在低温低压的条件下。热 动力学研究表明, 这一反应有利于CO的固定和H2的合成, 因为反应平衡强烈地 倾向于反应的右侧。 2.4 光合-发酵杂交生物制氢系统
这一生物制氢系统包括光和细菌和非光和细菌。可以强化生物制氢系统的产 氢量。多种碳水化合物可以被C .butyricum 消化降解,这种细菌不用光照就可以 降解碳水化合物生产氢。产生的有机酸可以作为光和细菌的底物产生氢。厌氧细 菌降解碳水化合物获得电子和能量,因为反应仅仅能向负的自由能方向进行,由 厌氧细菌降解产生的有机酸不可能继续降解合成氢气。利用厌氧细菌, 葡萄糖不 可能完全地降解形成氢气和二氧化碳。光和细菌可以利用光能克服正向自由能反 应，细菌可以利用有机酸生产氢气。这两种细菌的结合不仅可以还原光能来满足 光和细菌的能量需求,也可以增加氢气产量。紫色非硫细菌生产分子氢,这一过程 是由固氮菌在缺氮条件下由光能和还原有机物(有机酸)被固氮酶催化形成的。 C6H12O6+12H2O→12H2+6CO2 一般而言, 光异养细菌的产氢率在细胞固定化时比自由存在时要高出许多。 2.5 厌氧发酵生物制氢系统
生物制氢技术的发展及应用前景
生物制氢技术的发展及应用前景摘要：氢气作为环境友好的洁净能源和高能燃料，在国民经济的各个方面有着重要的应用，如何经济、高效制氢已经成为有待解决的重大问题。
与传统制氢技术相比，生物制氢技术以其低成本、可处理有机废弃物等优点受到了人们的重视。
本文对生物制氢技术及其发展历程进行了介绍，对生物制氢技术的应用前景进行了展望。
关键词：生物制氢技术发展应用前景随着社会的进步与发展，人们对能源的需求也日益提高。
目前我国的能源消费结构还是以煤、石油等化石能源为主，化石能源的短缺和大量燃烧所带来的环境污染已经成为面临的两大难题，开发新型清洁、高效、可再生的绿色能源势在必行。
氢气因其高热值、清洁、高效、可再生等优点，具有十分广阔的开发前景。
目前，氢气的制取有高温分解天然气、电解水、太阳能制氢、水煤气转化、甲烷裂解等方法，但是大都成本过高或者可操作性过低。
随着氢气用途的日益广泛，如何经济、高效制氢已经成为有待解决的重大问题。
一、生物制氢技术的概述1.生物制氢技术简介生物制氢是利用某些微生物的代谢过程，以工农业废水、废渣等为原材料，在常温常压的条件下以有机物为基质产生氢气的方法，把废弃物的处理与能源回收相结合，生产过程清洁、节能，不消耗矿物资源。
随着20世纪70年代石油危机，各国政府和科学界开始寻找替代能源，生物制氢技术受到了广泛的关注，并以此开展了研究，现代生物技术的应用，极大的促进了生物制氢技术的发展。
现有的研究表明，氢气与某些厌氧微生物的代谢过程密切相关。
例如，氢代谢在调节厌氧发酵的碳及电子流动中起着重要的作用，氢代谢伴随着各种有机物的分解及合成，为厌氧微生物的正常生长提供所必须的能量。
根据微生物的能量利用形式，可以将产氢微生物分为光能产氢微生物和厌氧发酵微生物，其中光能产氢微生物可进一步分为光能自养微生物和光能异养微生物。
光能自养微生物，例如蓝细菌和绿藻，在光照、厌氧的条件下通过分解水从而产生氢气；光能异养微生物，例如光合细菌，在光照、厌氧的条件下分解有机物产生氢气；厌氧发酵微生物，例如厌氧细菌，在黑暗、厌氧条件下分解有机物产生氢气。
生物制氢技术的研究与应用
生物制氢技术的研究与应用近年来，环保领域的发展日益壮大，一系列的环保技术也逐渐进入人们的视线，其中生物制氢技术就是一种备受关注的环保技术。
生物制氢技术是指利用生物学的方法，将生物质、废弃物等有机物质降解成氢气和二氧化碳等产物。
该技术具有绿色环保、节能减排等诸多优点，成为研究和应用的热点。
一、生物制氢技术的研究1. 生物制氢的原理生物制氢是通过固定生物体内的降解酶，将有机物质降解成H2和CO2产物，该程序在微生物的细胞质内进行。
生物制氢通常是在好氧条件下通过厌氧代谢产生的，同时还产生了大量的代谢废物和热能。
此外，生物制氢的反应通常是在低氧或者没有氧的条件下进行的。
2. 生物制氢的特点生物制氢技术具有以下特点：（1）低能耗，减少二氧化碳排放，且易于实现。
（2）生物体生长速度快，能源密度大。
（3）微生物生存环境容易调控，生物制氢反应的生产效率高。
（4）反应产物获得容易。
3. 生物制氢技术的研究进展生物制氢技术的研究波澜不断。
从最初的基础研究，到现在的工程化转化和应用，生物制氢技术已经成为生物质能的主要领域之一。
目前主要的研究方向有以下几个：（1）微生物资源的筛选和改良：微生物的特点是反应环境容易控制，因此研究生物制氢的重要方向是微生物资源的筛选和改良。
金属细菌和光合细菌是目前研究的热点。
（2）发酵条件的优化：作为生物制氢反应最重要的参数之一，发酵条件的优化是生物制氢研究的重要方向之一。
影响发酵条件的因素有氧量、温度、pH、废物浓度等。
（3）工程化转化：工程化转化是将科研成果应用到实际生产中的重要途径。
随着生物制氢技术的研究不断深入，在工程化转化方面也出现了新的构想和思路。
例如以光合细菌为基础的微型反应器。
二、生物制氢技术的应用1. 生物制氢技术在能源领域的应用（1）生物质能的转化：生物质能包括生物质固体、生物质液体和生物质气体三种形态，其中生物质液体和生物质气体的生物制氢技术技术成熟。
通过生物制氢技术将其转化成氢气，具有广泛的应用前景。
生物能源生物制氢与生物燃料
生物能源生物制氢与生物燃料随着全球对可再生能源的需求不断增加，生物能源作为一种环境友好、可持续发展的能源形式越来越受到重视。
生物制氢和生物燃料作为生物能源的两个重要形式，在能源领域具有广阔的应用前景。
本文将对生物制氢和生物燃料进行介绍，并探讨其在能源产业中的潜力。
一、生物制氢生物制氢是指利用微生物通过发酵过程产生氢气。
微生物通过代谢活动产生氢气，而不像传统的燃烧过程产生二氧化碳等有害气体。
生物制氢的过程可以通过两种方式实现：光合作用和厌氧发酵。
光合作用是指植物或藻类通过利用阳光能将二氧化碳和水转化为有机物时，产生氧气和氢气。
这种方式下，通过调节光合作用过程中相关酶的表达，可以提高氢气产量。
厌氧发酵是指微生物在无氧环境下分解有机物产生氢气。
厌氧发酵的生物制氢技术主要有：暗发酵法、厌氧消化法和微生物电解法。
这些方法可以利用生活垃圾、农业废弃物和生物质等有机物资源进行生产，为可再生能源的开发提供了新的途径。
生物制氢具有以下优点：可再生性、无污染、高能量密度和广泛的原料来源。
然而，生物制氢技术仍面临着挑战，如生产成本高、氢气产量低、反应过程中产生的副产物难以处理等问题。
因此，有效解决这些问题是推动生物制氢技术发展的关键。
二、生物燃料生物燃料是指利用生物质资源通过化学、物理或生物转化过程得到的可替代传统石油燃料的能源形式。
生物燃料主要包括生物乙醇、生物柴油和生物天然气等。
1. 生物乙醇生物乙醇是指通过发酵法将植物纤维素或蔗糖等糖类物质转化为乙醇。
生物乙醇作为一种可再生能源，在交通运输和工业领域具有广泛的应用前景。
与传统燃料相比，生物乙醇燃烧产生的二氧化碳排放量较低，对减少温室气体排放和缓解能源危机具有重要意义。
2. 生物柴油生物柴油是指利用植物油、动物油或废弃食用油等原料通过酯化或裂解等反应得到的燃料。
生物柴油具有高的可再生性和环境友好性，可以直接替代传统柴油使用，并且可以与传统柴油混合使用，减少对传统能源的依赖。
生物制氢
相关种类
光解水
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。
生物制氢
在生理代谢过程中产生分子氢过程的统称
01 制备方法
03 相关种类 05 专利分析
目录
02 方法比较 04 已研类群 06 存在问题
生物制氢，生物质通过气化和微生物催化脱氢方法制氢。在生理代谢过程中产生分子氢过程的统称。
制备方法
生物制氢的方法： 1、生物发酵制氢装置 2、高效发酵法生物制氢膨胀床设备 3、高效微生物制氢及氢能-电能转化一体化装置 4、利用农作物生物质制氢及氢能发电装置 5、从生物质制取富氢气体的方法和装置 6、利用再生资源制备乙炔气体的方法 7、串行流化床生物质气化制氢装置及方法 8、折流发酵制氢反应设备 9、一种利用污水厂剩余污泥厌氧发酵制氢的方法与装置 10、有机固态物质的连续式超临界水气化制氢方法与装置
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方法比较
总体上，生物制氢技术尚未完全成熟，在大规模应用之前尚需深入研究。研究大多集中在纯细菌和细胞固定 化技术上，如产氢菌种的筛选及包埋剂的选择等。在上述生物制氢方法中，发酵细菌的产氢速率最高，而且对条 件要求最低，具有直接应用前景；而光合细菌产氢的速率比藻类快，能量利用率比发酵细菌高，且能将产氢与光 能利用、有机物的去除有机地耦合在一起，因而相关研究也最多，也是具有潜在应用前景的一种方法。非光合生 物可降解大分子物质产氢，光合细菌可利用多种低分子有机物光合产氢，而蓝细菌和绿藻可光裂解水产氢，依据 生态学规律将之有机结合的共产氢技术已引起人们的研究兴趣。混合培养技术和新生物技术的应用，将使生物制 氢技术更具有开发潜力。几种生物制氢方法的比较见下。
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生物制氢环工1402 2014011315许江东摘要：基于2H2+O2＝2H2O，氢气燃烧不产生CO2这种温室气体，所以氢气被称为清洁能源，具有广大的应用前景，导致制氢技术具有很高的研究价值。
简要概述了生物制氢的几种方法，包括光发酵、暗发酵、两步发酵、光解水等技术，并在此基础上，探讨可能的突破方向。
关键字：生物制氢；光解水；光发酵；暗发酵；两步发酵引言如果把社会比作一台机器，那么能源就是这台机器必不可少的能量来源。
现如今全球大部分的能源来自于化石燃料的燃烧，这不仅产生了大量的CO2等温室气体，还浪费了这种不可再生能源。
氢气燃烧仅产生水，而且放热远大于碳水化合物。
氢气燃烧的最高热值是122 kJ/g，比碳水化合物燃料高2.75倍【1】。
在生物制氢之前，已经有了一些制氢技术。
①水电解法:以铁为阴极面,镍为阳极面的串联电解槽(外形似压滤机)来电解苛性钾或苛性钠的水溶液,阳极产生02,阴极产生H2。
该方法成本较高,在电解过程只有15%的电能最终被转化为氢能,高达85 %的电能得不到合理利用被白白地浪费掉。
但产品纯度大,可直接生产99.7%以上纯度的氢气。
目前工业用氢总量的4%来源于水电解法。
②热化学法:这种方法采用高温热解进行制氢,水在3000 °C条件下会发生热化学反应,生成H2和02。
该方法对温度的要求较高,因此设备和能源的要求和花费较大,虽然经过研究人员的不懈努力,现在已经将热解温度降低到1000°C,但是与其他方法相比依然成本过高消耗过大。
③等离子化学法:以石油、煤、天然气与水蒸气等物质为原料进行一系列反应生成水煤气,然后将水煤气和水蒸气一起通过灼热的Fe203(氧化剂)后就会产生C02和H2,经过简单的气体分离和干燥技术即可得到氢气。
④光电化学法:这是一种比较新的方法,主要原理就是利用一些半导体材料和电解质溶液使其组成光电化学电池,在阳光照射下通过电化学方法生产出H2的过程。
而生物制氢法是通过发酵微生物或光合微生物的作用,在适当的工程条件下将大分子有机物分解成小分子有机酸以及氢气的过程【2】。
生物质制氢具有以下优点：生物质的使用减少了二氧化碳的排放；用可持续的生物质染料替代了化石燃料；一些作物的生物转化增加了农业产品的价值等。
但是，目前生物质制氢还存在很多缺陷，如操作成本很高，并且腐蚀、压力阻碍和氢老化等问题仍是制氢过程中的限制因素【3】。
生物制氢是把自然界储存于有机化合物（如植物中的碳水化合物、蛋白质等）中的能量通过高效产氢细菌的作用，转化为氢气，是利用某些微生物代谢过程来生产氢气的一项生物工程技术【4】。
由于所用原料可以是有机废水，城市垃圾或者生物质，来源丰富，价格低廉。
其生产过程清洁、节能，且不消耗矿物资源，具有很高的研究价值。
生物制氢的机理和研究现状现如今的生物制氢的方法主要有光合细菌制氢和微生物发酵制氢两种。
这些微生物之所以能够制氢，是由于其存在特殊的氢代谢系统，其中固氮酶和氢酶发挥了重要作用。
固氮酶固氮酶是一种多功能的氧化还原酶,主要成分是钼铁蛋白和铁蛋白,存在于能够发生固氮作用的原核生物(如固氮菌,光合细菌和藻类等)中,能够把空气中的N2转化生成NH4+或氨基酸,反应方程式为N2+8e-+8H++16ATP→2NH4++H2+16ADP+16Pi。
固氮酶催化的还原反应至少需要4个条件:钼铁蛋白,铁蛋白,ATP和Mg2+;电子供体和厌氧条件。
固氮反应的电子转移方向是:电子供体→铁蛋白→钼铁蛋白→可还原底物。
在可还原底物只有H+时,固氮酶中所有电子都参与还原H+生成H2。
固氮酶的活性可由乙炔→乙烯还原法测定。
O2对固氮酶活性有抑制作用,Ashok K.等发现,在振荡培养条件下,当O2浓度大于0.25%时,固氮酶的活性急剧降低,而当O2浓度达20%时,则完全失活。
Isamu M.等采用三段式培养光合细菌Rhodovulum sulfidophium来消除这种抑制作用,即细胞生长→固氮酶去抑制→产氢,使底物的转化率达60.8%,而不去抑制时仅为29.4%。
在发酵过程中,产H2一般被视为一种释放多余电子的方法,另外,由于要消耗大量的ATP,放H2被视为一种能量的浪费,但也正是这一特性能够被用来进行生物制氢的研究和应用[5]。
固氮酶利用其还原性，通过氧化还原反应，在可还原底物只有H+时，将H+氧化为H2。
目前鉴定出的固氮酶共有 3 种, 它们产氢的机制如下:Mo-Nitrogenase:N2+ 8H++ 8e-→2NH3+H2;V-Nitrogenase:N2 +12H- +12e-→2NH3+3H2;Fe-Nitrogenase:N2 +21H- +21e-→2NH3+7.5H2。
固氮酶催化产氢是不可逆过程, 而且每产生1 mol 氢气需要消耗 4 mol ATP (2H++4ATP+2e-→H2+4ADP+4Pi)，使得该过程效率较低[6]。
氢酶氢酶是一种多酶复合物,存在于原核和真核生物中,其主要成分是铁硫蛋白,分为放氢酶和吸氢酶两种,分别催化反应2H++2e-<=>H2的正反应和逆反应。
有些微生物含有两种酶，有的微生物这只有一种酶。
氢酶活性可用亚甲基蓝法测定。
同样,O2对氢酶活性也有抑制作用。
在原核生物中,菌体产H2主要是由固氮酶催化进行的,氢酶主要发挥吸氢酶的作用而在真核生物(如藻类)中H2代谢主要由氢酶起催化作用。
Ooshima H.等利用氢酶缺陷型菌株Rhodobacter capsulatusST410进行发酵产氢,缺失氢酶后产生的H2不再被分解,H2产率由野生型的25%提高到了68%。
另一菌株Rhodopseudomonas capsulatus的氢酶的分解H2的能力比产H2的能力大200倍。
有人对Rp.palustrisA菌株进行诱变处理,使其缺失固氮酶,只含有氢酶,结果不产H2或产生很少的H2。
而在真核生物(如藻类)中H2代谢主要由氢酶起催化作用。
氢酶活性可用亚甲基蓝法测定[5]。
在氢酶的催化作用下，质子与电子结合形成分子态的氢，从而达到产氢的目的。
氢酶和固氮酶是催化产氢反应的两个关键性酶,然而这两个酶均不是专一性产氢酶。
氢酶除了在有足够还原力时催化产氢外,还催化作为一种能量回收机制的吸氢反应。
固氮酶的主要功能是催化固氮反应,即将分子氮还原为氨"只有当缺乏基质(分子氮)的时候才催化产氢反应。
这两种酶不仅在不同的微生物中具有不同的功能,即使在同一种微生物中不同的氧化还原条件下也起不同的作用[7]。
光分解产氢微生物光合作用分解水产氢，其作用机理和植物光合作用相似，目前研究的比较多的是光合细菌和蓝绿藻。
以藻类为例，藻类首先将水分解为氢离子和氧气，产生的氢离子在氢化酶的作用下转化为氢气。
目前研究较多的产氢光合细菌主要有深红红螺菌、红假单胞菌、液胞外硫红螺菌、类球红细菌、夹膜红假单胞菌等。
光合细菌属于原核生物,催化光合细菌产氢的酶主要是固氮酶。
光合细菌只含有光合系统PSÑ,一般认为光合细菌产氢的机制是光子被捕获到光合作用单位后,其能量被送到光合反应中心,进行电荷分离,产生高能电子,并造成质子梯度,从而合成ATP。
产生的高能电子从Fd通过Fd-NADP+还原酶传至NADP+形成NADPH,固氮酶利用ATP和NADPH进行H+还原,生成H2。
失去电子的光合反应中心必须得到电子以回到基态,继续进行光合作用。
光合细菌以还原型硫化物或有机物作为电子供体,并且在光合成过程中不产生O2[5]。
许多藻类(如绿藻,红藻,褐藻等)能进行氢代谢,目前研究较多的主要是绿藻。
这些藻类属真核生物,含光合系统PSÑ和PSÒ,不含固氮酶,H2代谢全部由氢酶调节。
放氢反应可由两条途径进行。
一条途径是葡萄糖等底物经分解代谢产生还原剂作为电子供体,电子传递途径是:电子供体→PSÑ→Fd→氢酶,同时伴随着CO2放出;另一条是生物光解水产H2,电子传递途径是:H2O→PSÒ→PSÑ→Fd→氢酶→H2,同时伴随着O2的生成。
生物光水解产氢牵涉到太阳能转化系统的利用,其原料水和太阳能来源十分丰富且价格低廉,是一种理想的制氢方法。
但是,水分解产生的O2会抑制氢酶的活性,并促进吸氢反应,这是生物光解水制氢中必须解决的问题[5]。
光解水产氢的各种电子传递途径或是媒介，关键因素都在于减少O2对于固氮酶和氢酶的活性抑制。
现如今，经过研究人员的不断研究发现，发现了不少课以产氢的细菌，藻类。
莱茵衣藻Chlamydomonas reinhardtii、绿藻斜生栅藻Scenedesmus obliquus、海洋绿藻Chlorococcum littorale、Playtmonas subcordiformis、小球藻Chlorella fusca、鱼腥藻Anabaenasp. (非海洋生物)、海洋蓝细菌颤藻Oscillatoriasp、丝状蓝藻Calothrixsp、聚球藻Synechcoccussp.和Gloebactersp、夜配衣藻(Chlamydomonasnoctigama)、Chlorellafusca、斜生栅藻(Scenedesmusobliquus)、Scenedesmus vacuolatus、Chlorococcumlittorale、Chlorococcum submarinum、Lobochlamyssegnis 和亚心形扁藻(Platymonas subcordformis)、,Anabaena属蓝细菌、A. cylindrica和多变鱼腥蓝细菌A. variabilis等[8-13]。
其中Anabaena属蓝细菌生成氢气的能力远远高其他蓝细菌.另外,丝状异形胞蓝细菌A. cylindrica和多变鱼腥蓝细菌A. variabilis因为其强大的产氢能力而受到人们的广泛关注[12]光发酵和暗发酵及两步发酵光发酵和暗发酵都能够产氢，但两者结合能大大提高产氢的效率，因而现在大都联合制氢。
1、光发酵产氢光发酵产氢过程是厌氧光合细菌根据从有机物如低分子脂肪酸中提取的还原能力和光提供的能量将H+还原成H2的过程。
许多光和异养型细菌在光照、厌氧条件下能够将有机酸（乙酸、乳酸和丁酸）转化成氢气和二氧化碳，Rhodobacter spheroids、Rhodobacter capsulatus、Rhodovulum sulfidophilum W - 1S、和Thiocapsaroseopersicina 等光合细菌的光发酵制氢过程已经得到了深入研究。
光合细菌铁氧还原蛋白(Ferredoxin)在细胞膜上存在固氮酶(Nitrogenase)的情况下作为电子传递体[14]。
[6][13]2、暗发酵产氢许多异养细菌在厌氧条件下具有利用碳水化合物发酵产生H2、挥发酸(VFAs)和CO2的能力。