微生物制氢-1
各种制氢方法
各种制氢方法氢能是一种二次能源，在人类生存的地球上，虽然氢是最丰富的元素，但自然氢的存在极少。
因此必需将含氢物质力UI后方能得到氢气。
最丰富的含氢物质是水（H2O），其次就是各种矿物燃料（煤、石油、天然气）及各种生物质等。
因此要开发利用这种理想的清洁能源，必需首先开发氢源，即研究开发各种制氢的方法。
从长远看以水为原料制取氢气是最有前途的方法，原料取之不尽，而且氢燃烧放出能量后又生成产物水，不造成环境污染。
各种矿物燃料制氢是目前制氢的最主要方法，但其储量有限，且制氢过程会对环境造成污染。
其它各类含氢物质转化制氢的方法目前尚处次要地位，有的正在研究开发，但随着氢能应用范围的扩大，对氢源要求不断增加，也不失为一种提供氢源的方法。
1.电解水制氢水电解制氢是目前应用较广且比较成熟的方法之一。
水为原料制氢过程是氢与氧燃烧生成水的逆过程，因此只要提供一定形式一定的能量，则可使水分解。
提供电能使水分解制得氢气的效率一般在75～85％，其工艺过程简单，无污染，但消耗电量大，因此其应用受到一定的限制。
目前水电解的工艺、设备均在不断的改进：对电解反应器电极材料的改进，以往电解质一般采用强碱性电解液，近年开发采用固体高分子离子交换膜为电解质，且此种隔膜又起到电解池阴阳极的隔膜作用；在电解工艺上采用高温高压参数以利反应进行等。
但水电解制氢能耗仍高，一般每立方米氢气电耗为4．5～5． 5kWh左右。
电能可由各种一次能源提供，其中包括矿物燃料、核能、太阳能、水能、风能及海洋能等等，核能、水能和海洋能其资源丰富，能长期利用。
我国水力资源丰富，利用水力发电，电解水制氢有其发展前景。
太阳能取之不尽，其中利用光电制氢的方法即称为太阳能氢能系统，国外已进行实验性研究。
随着太阳电池转换能量效率的提高、成本的降低及使用寿命的延长，其用于制氢的前景不可估量。
同时，太阳能、风能及海洋能等也可通过电解制得氢气并用氢作为中间载能体来调节、贮存转化能量，使得对用户的能量供应更为灵活方便。
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。
35
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。
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。
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1(2学时)
通式：hv + CxHy + H2O → H2 + CO2 ;
10
11
2. 生物制氢
与传统的化学制氢方法相比，生物制氢具有无污染、可再生和不消
耗宝贵的矿物资源的突出优点。
按培养条件：光合生物制氢（藻类、光合细菌）、发酵细菌制氢
（固氮作用等）、光合生物和发酵细菌联合培养制氢。
按产氢机制：光裂解制氢；光发酵制氢、暗发酵制氢；
原初电子供体失去电子，有了“空穴”，成为“陷阱” ，便可从 次级电子供体那里争夺电子；而原初电子受体得到电子，使电位值升高， 供电子的能力增强，可将电子传给次级电子受体。供电子给P+的还原剂 叫做次级电子供体(D)，从A－接收电子的氧化剂叫做次级电子受体(A1)， 那么电荷分离后反应中心的更新反应式可写为： D· +· －〕· → D+· A〕· － 〔P A A1 〔P· A1 这一过程在光合作用中不断反复地进行，从而推动电子在电子传递 体中传递。
白、17kD的多肽等。
Cyt b6/f 复合体主要催化
PQH２的氧化和PC的还原，并 把质子从类囊体膜外间质中跨膜 转移到膜内腔中。因此Cyt b６/f 复合体又称PQH２· PC氧还酶。
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质体蓝素
质蓝素(PC)是位于类囊体膜内侧表面的含铜的蛋白质，氧化时呈蓝 色。它是介于Cyt b６/f复合体与PSⅠ之间的电子传递成员。通过蛋白质 中铜离子的氧化还原变化来传递电子。PC在类囊体腔内移动。
组成中心天线的CP47和CP43是指分子量分别为47 000、43 000并与叶绿素 结合的聚光色素蛋白复合体，它们围绕P680，比LHCⅡ更快地把吸收的光能传 至PSⅡ反应中心，所以被称为中心天线或“近侧天线”。
生物质制氢原理
生物质制氢原理嘿，朋友们！今天咱来唠唠生物质制氢原理这个有意思的事儿。
你说这生物质制氢啊，就好像是一场神奇的魔法表演。
咱平时常见的那些植物啊、农作物秸秆啥的，它们可都是这场魔法的主角呢！这些看似普通的东西，居然能变成氢气，这多神奇呀！想象一下，那些植物就像一个个小小的能量宝库。
它们通过光合作用，把阳光、水和二氧化碳转化成了自己生长需要的物质，储存了好多能量。
而当我们要制取氢气的时候，就像是打开了这个宝库的大门。
这过程就好比我们做饭，得有合适的食材和方法。
生物质呢，就是我们的食材，然后通过一些特别的“烹饪技巧”，也就是各种技术手段，把氢气给提炼出来。
比如说，有一种方法叫生物发酵法。
这就好像是让微生物们来开一场派对！微生物们在合适的环境下，欢快地分解着生物质，然后“噗”地一下，氢气就冒出来啦！是不是很有意思？还有热化学转化法呢，就像是给生物质来一场特别的“加热之旅”。
把它们加热到一定温度，经过一系列奇妙的变化，氢气就诞生啦！这生物质制氢可真是好处多多啊！它用的都是那些可再生的资源，不会像用石油啥的那样，用一点少一点。
而且，这可是大自然给我们的礼物呀，取之不尽用之不竭呢！这不是很棒吗？你想想看，如果以后我们都用生物质制的氢，那汽车就可以跑得更环保啦，天空会更蓝，空气会更清新。
这多让人期待呀！而且，这也能为我们的地球妈妈减轻不少负担呢，让她能一直美丽下去。
所以说呀，生物质制氢原理真的是一个超级有趣又超级有用的东西。
我们可得好好研究它，让它为我们的生活带来更多的美好和便利。
大家一起加油，让这个神奇的魔法在我们的生活中绽放出更加耀眼的光芒吧！原创不易，请尊重原创，谢谢!。
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
微生物电解池制氢
微生物电解池制氢微生物电解池制氢是一种利用微生物在电化学反应中产生氢气的技术。
这种技术利用微生物代谢过程中产生的电子，通过电极传递到阳极，从而促使水分子发生水解反应，生成氢气。
微生物电解池制氢技术具有环境友好、低能耗、高效率等优点，因此受到了广泛关注。
工作原理：微生物电解池制氢的工作原理涉及微生物、电化学和化学反应等多个方面。
主要步骤如下：1.微生物代谢：在微生物的代谢过程中，有些微生物能够利用有机废物、废水等作为电子供体，通过代谢产生的电子，参与电极的电化学反应。
2.电化学反应：微生物通过代谢过程中产生的电子通过外部电路传递到阳极，而阳极上则发生水电解反应，将水分子分解为氢气和氧气。
3.氢气产生：在阳极处，水分子发生水解反应，生成氢气，同时在阴极处生成氧气。
4.电子循环：电子通过外部电路从阳极传递到阴极，从而使得阳极和阴极之间保持电子平衡，促使水分解反应持续进行。
应用和优势：1.环境友好：微生物电解池制氢过程中无需高温、高压和有毒催化剂，不会产生二氧化碳等温室气体，是一种环境友好的制氢技术。
2.低能耗：微生物电解池制氢过程中所需能量相对较低，主要来自微生物代谢产生的电子，因此能耗较低。
3.资源丰富：水是制氢的原料之一，而水是一种广泛存在且丰富的资源，因此微生物电解池制氢具有较好的资源可持续性。
4.高效率：由于微生物能够代谢产生电子，微生物电解池制氢具有较高的转化效率和产氢效率。
5.适用性广泛：微生物电解池制氢技术适用于不同类型的废水、有机废物等原料，具有较强的适用性和灵活性。
挑战和未来发展：尽管微生物电解池制氢技术具有诸多优点，但也面临着一些挑战，如微生物代谢途径的不完善、电化学反应速率的限制等。
未来，需要进一步深入研究微生物电解池制氢的机理，优化微生物和电解池系统的设计，提高制氢效率和稳定性。
同时，结合可再生能源等新能源技术，探索微生物电解池制氢技术在能源转换和储存领域的应用潜力，推动其向实际工程应用和商业化转化。
生物制氢技术
光合细菌产氢原理
光合细菌光合作用及电子传递 的主要过程图： 光合细菌只有一个光合作用中 心（相当于蓝、绿藻的光合系 统I）。 由于缺少藻类中起光解水作用 的光合系统Ⅱ，所以只进行以 有机物作为电子供体的不产氧 光合作用。
光合细菌光分解有机物产生氢气的生化途径为： (CH2O)n → Fd → 氢酶 → H2 以乳酸为例，光合细菌产氢的化学方程式可以表示为： 光照 C3H6O3 + 3H2O ——→ 6H2 + 3CO2 此外，研究发现光合细菌还能够利用CO产生氢气，反应式为： 光照 CO + H2O ——→ H2 + CO2
于产氢，是提高发酵细菌产氢的主要途径。
（二）光合微生物法制氢工艺
光合微生物制氢是在一定光照条件下，通过光合微生物分 解底物产生氢气。 主要的研究集中于藻类和光合细菌。 微藻属于光合自养型微生物，包括： 蓝藻、绿藻、红藻和褐藻等， 目前研究较多的主要是绿藻。 光合细菌属于光合异养型微生物，目前研究较多的有： 深红红螺菌、球形红假单胞菌、深红红假单胞菌、夹膜红 假单胞菌、球类红微菌和液泡外硫红螺菌等。
2H2O
O2
2H+
直接光解水产氢示意图
太阳
CO2
生物质 （蓝藻、绿藻）
H2
PSⅠ和PSⅡ
2e-
生物质 （蓝藻、绿藻）
Fd
发酵
2e -
氢酶
Fd
2H2O
O2 间接光解水产氢示意图
2H+
间接光解有机物产氢途径中，为了克服氧气对产氢酶的抑制效应，使蓝藻 和绿藻产氢连续进行，可使氢气和氧气在不同阶段或不同空间进行光分解 蓝藻和绿藻生物质产氢 。
金属氢化物储氢、 非金属氢化物储氢
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)。
生物质制氢催化气化是什么
目前，80％以上的能源与有机原料来自于化石能源。
随着化石能源的枯竭及其使用所带来的环境问题的日益严重，人类将面临严重的能源危机与环境污染。
氢是一种理想的新能源，具有资源丰富，燃烧热值高，清洁无污染，适用范围广的特点。
制氢的方法有很多，电解水是大规模生产氢的一种途径，然而，水分子中的氢原子结合得十分紧密，电解时要耗用大量电力，比燃烧氢气本身所产生的热量还要多，因此若直接利用火电厂供应的电力来电解水，在经济上是不可取的。
各种矿物燃料制氢如天然气催化蒸汽重整等，但其作为非可再生能源，储量有限，且制氢过程会对环境造成污染。
因此，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。
利用生物质制氢可以实现CO2归零的排放，解决化石燃料能源消耗带来的温室效应问题。
2生物质催化气化制氢技术生物质催化气化制氢的主要流程如图1所示。
三个过程决定最终氢气的产量和质量，即生物质气化过程、合成气催化变换过程和氢气分离、净化过程。
2.1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度以上，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。
2.1.1气化反应器用于生物质气化的反应器主要有上吸式气化炉、下吸式气化炉及循环流化床等，它们在生物质热解气化方面各有其独特的结构和优缺点。
图2、3和4分别是这三种气化炉的原理示意图。
从图中可以看出，这三种气化炉各有其不同的反应区分布，并且气固流动方向不同，因而其对于产氢的作用大小也不尽相同。
（1）上吸式气化炉气固呈逆向流动。
在运行过程中湿物料从顶部加入后被上升的热气流干燥而将水蒸气带走，干燥后的原料继续下降并经热气流加热而迅速发生热分解反应。
物料中的挥发分被释放，剩余的炭继续下降时与上升的CO2及水蒸气发生反应产生CO和H2。
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。
国内外利用秸秆微生物制氢技术发展现状
国内外利用秸秆微生物制氢技术发展现状【摘要】微生物制氢技术具有良好的环境性和安全性，是最具潜在应用前景的制氢方法之一。
综述了秸秆的预处理方法和秸秆水解液脱毒处理方法，进而介绍了利用秸秆微生物制氢研究现状。
【关键词】秸秆；微生物制氢；预处理；脱毒生物质能是仅次于石油、天然气和煤炭的第四大能源，它是以生物作为载体将太阳能以化学能形式贮存的一种能量，它直接或间接地来源于植物的光合作用，蕴藏量极大，仅地球上的植物，每年生产量就相当于目前人类消耗矿物能的20倍。
农作物秸秆是生物质能的重要组成部分，通常含有38%-50%的纤维素、20%-35%的半纤维素和15%-25%的木质素，富含氮、钾、磷等微量元素，是丰富、廉价的可再生资源[1]。
在我国，农作物秸秆年产量达6.5亿吨，其中玉米秸秆占37.4%[2]，加上数量巨大的林业纤维废料和工业纤维废渣，每年可利用的木质纤维素生物质总量可达20亿吨以上[3]。
目前，这些木质纤维资源除少部分用作造纸和牲畜饲料、燃料、肥料、建筑及保温材料外，其余的都被堆积或者原地焚烧，很多地区将多余的秸秆露天焚烧，不仅造成严重的环境污染问题，也由此造成资源的浪费。
若能利用木质纤维废弃物等廉价的基质制取氢气，不但能降低氢气的生产成本，又能使废弃物资源化。
毋庸置疑，开发廉价的木质纤维素微生物制氢技术具有重要意义。
1 农作物秸秆的预处理方法目前，利用微生物发酵农作物秸秆的研究很多，由于农作物秸秆的主要成分是纤维素、半纤维素及木质素等，微生物不能利用这些大分子的物质，只能利用如葡萄糖、木糖等小分子物质，因此需要对农作物秸秆进行预处理。
当前，国内外研究人员已开发出多种纤维素的预处理方法，如蒸爆法、微波法、电离辐射法、碱处理法、酸处理法等。
李湘等[4]研究了碱处理、汽爆处理、酸处理和未处理等四种不同的方法对秸秆发酵的影响，结果表明汽爆处理和碱处理使秸秆分解效率高，汽爆处理对环境影响最小，具有很大的发展潜力。
氢能的制取方式
氢能的制取方式氢能的制取方式氢能作为一种清洁能源，备受关注。
而氢气的制取是使用氢能的第一步，下面将介绍几种常见的氢气制取方式。
1. 电解水法电解水法是最常见的一种制取氢气的方法。
该方法利用电流将水分解成氧和氢两种元素，从而获得纯净的氢气。
具体步骤如下：（1）将水加入到电解槽中；（2）在水中加入少量电解质，以增加电导率；（3）通过直流电源在两个电极之间建立电场；（4）在阳极上发生水分子的析出反应，产生O2和H+离子；（5）在阴极上发生还原反应，H+离子接受电子形成H2。
该方法具有操作简单、设备成本低等优点，但需要消耗大量的能源。
2. 热解法热解法是利用高温将含有氢元素化合物分解出纯净的氢气。
具体步骤如下：（1）将含有氢元素化合物加热至高温状态；（2）化合物分解产生H2和其他元素或化合物。
常用的化合物包括甲烷、乙烷、丙烷等。
该方法具有能源利用率高的优点，但需要高温条件下进行，设备成本较高。
3. 生物制氢法生物制氢法是利用微生物将有机物分解产生氢气。
具体步骤如下：（1）将有机废弃物加入到反应器中；（2）加入适量的微生物并控制反应条件；（3）微生物分解有机废弃物产生H2和其他代谢产物。
该方法具有环保、节能的优点，但需要复杂的控制条件和较长的反应时间。
4. 光解水法光解水法是利用光能将水分解成氧和氢两种元素。
具体步骤如下：（1）将水置于光电化池中；（2）通过光电效应使得水分子发生裂解反应；（3）产生O2和H2两种元素。
该方法具有环保、无需能源等优点，但需要使用昂贵的催化剂，并且还存在效率低下等问题。
总结以上介绍了几种常见的氢气制取方式，每种方式都有其独特的优缺点。
在实际应用中，需要根据具体情况选择合适的方法。
未来随着技术的不断发展，氢气制取方式也将不断更新迭代，为氢能的应用提供更多选择。
微生物制氢技术的突破与应用发展
微生物制氢技术的突破与应用发展近年来，随着全球对可再生能源的需求不断增长，微生物制氢技术作为一种绿色、清洁的能源生产方式受到了广泛关注。
微生物制氢技术利用微生物的代谢活动将有机物转化为氢气，具有高效、环保的特点，被认为是未来可持续发展的重要能源之一。
本文将从微生物制氢技术的突破与应用发展两个方面进行探讨。
一、微生物制氢技术的突破1.1 基于基因工程的微生物改良传统的微生物制氢技术受限于微生物自身的产氢能力，产氢效率较低。
然而，通过基因工程手段对微生物进行改良，可以提高其产氢能力。
近年来，科学家们利用基因编辑技术，成功地改造了一些微生物，使其产氢能力大幅提升。
例如，通过改变微生物代谢途径中的限制步骤，使其能够更高效地将有机物转化为氢气。
这一突破为微生物制氢技术的发展带来了新的可能性。
1.2 利用共生关系提高产氢效率微生物制氢过程中，微生物与其他生物之间的共生关系对产氢效率起着重要作用。
研究人员发现，某些微生物与其他微生物或植物之间存在着共生关系，可以相互促进产氢过程。
例如，一些微生物可以通过与植物共生，利用植物提供的有机物为能源，从而提高产氢效率。
这种共生关系的发现为微生物制氢技术的突破提供了新的思路。
二、微生物制氢技术的应用发展2.1 能源生产微生物制氢技术作为一种可再生能源生产方式，具有广阔的应用前景。
目前，一些国家已经开始将微生物制氢技术应用于能源生产领域。
通过在工业废水、农业废弃物等资源中利用微生物制氢技术，可以实现废物的再利用，并产生清洁能源。
这种能源生产方式不仅能够减少环境污染，还能够缓解能源紧张的问题。
2.2 污水处理微生物制氢技术还可以应用于污水处理领域。
传统的污水处理方法往往需要大量的能源消耗，而微生物制氢技术可以利用废水中的有机物为能源，同时产生清洁能源。
这种技术不仅能够高效地处理污水，还能够实现废物资源化，减少对环境的负面影响。
2.3 生物质能源转化生物质能源是一种重要的可再生能源，微生物制氢技术可以将生物质转化为氢气，实现能源的高效利用。
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。
《生物质制氢技术》PPT课件
第四章 生物质制氢技术
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1
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
完整版课件ppt
2
§4.1 概述
以值量计在宇宙中最普通的10种元素
• 氢的性质 • 含量为最丰富的元素
元素 氢
百万分比 750,000
• 最环保、洁净的能源
完整版课件ppt
4
氢的存在形式及制取途径
• 地球上的氢主要以其化合物，如水和碳氢化合物、ห้องสมุดไป่ตู้油、天然气 等形式存在
用水制氢
化石能源制氢
生物质制氢
水电解制氢：产品纯度高， 煤制氢：生产投资大，易 操作简便，但电能消耗高 排放温室气体，新型技术
正在研发
热化学转化技术：有生物 质热解制氢、气化制氢超 临界气化制氢等方法。产 氢率和经济性是选择工艺 的关键
液体石化能源制氢：甲醇、 的培养技术有待开发
乙醇、轻质油及重油制氢
过程各完有整利版弊课件ppt
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• 氢是一种理想的新能源，具有资源丰富，燃烧热值高，清洁无污染， 适用范围广的特点。
• 制氢的方法有很多，电解水是大规模生产氢的一种途径，然而，水分 子中的氢原子结合得十分紧密，电解时要耗用大量电力，比燃烧氢气 本身所产生的热量还要多，因此若直接利用火电厂供应的电力来电解 水，在经济上是不可取的。
3、氢气分离、净化
• （1）金属氢化物分离法 氢同金属反应生成金属氢化物的反应是可逆反
述分析可知，CFBG的热解反应处于高温区，并且CFBG的传热条件好，加热速率高，可操作性强，
产品气的质量也较高，其中H2的含量也较高。
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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• 6CO2+10H2O→C6H12O6+4H2↑+8O2↑
例－绿藻
• 绿藻属于人类已知的最古老植物之一，通过 进化形成了能生活在两个截然不同的环境中 的本领。 • 当绿藻生活在平常的空气和阳光中时，它像 其他植物一样具有光合作用。光合作用利用 阳光，水和二氧化碳生成氧气和植物维持生 命所需要的化学物质。
• 优点：其中工艺过程简单，无污染，转化率高 • 缺点：消耗电量大。目前电解水的工艺、设备均在不断的 改进，但电解水制氢能耗仍然很高。
烃类水蒸汽重整制氢
• CnH2n+2+nH2O→nCO↑+(2n+2)H2↑
• 缺点：烃类水蒸汽重整制氢反应是强吸热 反应，反应时需外部供热。热效率较低， 反应温度较高，反应过程中水大量过量， 能耗较高，造成资源的浪费。
• 目前研究得比较多的光合产氢微生物还有 颤藻属、深红红螺菌、球形红假单胞菌、 深红红假单胞菌、球形红微菌、液泡外红 螺菌等。
光合微生物制氢的总况
• 优势明显：以太阳能为能源、以水为原料，能量 优势明显：以太阳能为能源、以水为原料， 消耗小，生产过程清洁， 消耗小，生产过程清洁，受到各国生物制氢单位 的关注。 的关注。 • 现况无奈：目前光合微生物制氢离实用化还有相 现况无奈： 当距离，光能转化率低，要大量制氢， 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。 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 仍有希望：但普遍认为， 前景。据美国太阳能研究中心估算， 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。 化率能达到 ，就可以同其他能源竞争。
微生物制氢
韦伟 机动F0602005班 机动 班
总纲
• 1.氢能的利用历史 氢能的利用历史 • 2.生物制氢研究发展历程及现状 生物制氢研究发展历程及现状 • 3.三大微生物制氢法 三大微生物制氢法 • 4.结语 结语
1.氢能利用的曲折史
重视－ 20世经70年代世界性的能源危机爆发，制 氢技的实用性及可行性得到高度的重视， 当时的能源界将氢气誉为“未来燃料”.80 年代能源危机结束之前，人们对各种氢源 及其应用技术己经进行了大量的研究。
• 冷落－ 石油价格回落以后，氢气及其它替代能源的 技术研究一度不再出现在一些国家的议事日 程中。 • 重新重视－ 到了90年代，人们对由以化石燃料为基础的 能源生产所带来的环境问题有了更为深入的 认识。利用化石燃料不是长久之计。此时， 世界再次把目光“聚焦”在制氢技术上。
氢能的优势
• • • •
特点：先利用光能生产有机物，再利用光能分解 有机物而产生氢气
总反应式为： 光合作用 12H2O + 6CO2 Light energy C6H12O6 +6O2 +6H2O 产氢反应 Light energy C6H12O6 + 12H2O 12H2 +6CO2 +6H2O
例－蓝细菌
• 蓝细菌主要分为：蓝绿藻、蓝藻纲类、 蓝藻类
光合微生物产氢
直接光解产氢
间接光解产氢
光发酵产氢
光发酵产氢
有机物 光能
光能异养型微生物
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。
• 微生物水气转换制氢
投入：CO与H2O
微生物
产出： CO2和H2
这两种无色硫细菌的优点：
• 1.生长较快,在短时间内可达到较高的细胞 浓度 • 2.产氢速率快，转化率高。其中Rubrivivax gelatinosus能够100%转换气态的CO成H2 • 3.对生长条件要求不严格，可允许氧气和硫 化物的存在
• 当蓝细菌处于厌氧黑暗环境中一段时间后， 开始合成产氢酶
• 当这种适应了厌氧条件的蓝细菌被放回光 照且厌氧的环境中时，产氢速率可以大幅 度提高 • 它的光合作用正常后，则停止产氢
固氮酶：催化还原氮气成氨， 固氮酶：催化还原氮气成氨，氢气作为副产物产生
可逆氢酶： 可逆氢酶：能够氧化合成氢气 吸氢酶： 吸氢酶：氧化由固氮酶催化产生的氢气
• 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
重油氧化制氢重整法
• 缺点：反应温度较高，制得的氢纯度低， 也不利于能源的综合利用。
• 随着氢气用途的日益广泛，其需求量也迅 速增加。传统的制氢方法均需消耗大量的 不可再生能源，不适应社会的发展需求。 生物制氢技术作为一种符合可持续发展战 略的课题，已在世界上引起了广泛的重视。 • 德国、以色列、日本、葡萄牙、俄罗斯、 瑞典、英国、美国等都投入了大量的人力 物力对该项技术进行研究开发
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相对与光合微生物制氢，暗发酵体系和 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 目前以葡萄糖，污水， 断改进操作条件和工艺流程的研究较多。 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
1.地球上的氢元素十分丰富 2.氢气是最洁净的燃料 3.氢能的高效率 4.氢是可储存的二次能源
三种主要的传统制氢技术
• 1.电解水制氢 电解水制氢 • 2. 烃类水蒸汽重整制氢 • 3. 重油氧化制氢重整法
电解水制氢 • 2H2O→2H2↑+02↑
• 电解水方法制氢是目前应用较广且比较成熟的方法之一。水为原料制 氢工程是氢与氧燃烧生成水的逆过程，因此只要提供一定形式一定的 能量，则可使水分解成氢气和氧气。提供电能使水分解制得的氢气的 效率一般在75％－85
• 近几年，美国每年由于生物制氢技术研究 的费用平均为几百万美元，而日本在这一 方面研究领域的每年的投资则是美国的5倍 左右，而且，在日本和美国等一些国家为 此还成立了专门机构，并建立了生物制氢 发展规划，以期通过对生物制氢技术的基 础和应用的研究，使在21世纪中叶使该技 术实现商业化生产。在日本，由能源部主 持的氢行动计划，确立的最终目标是建立 一个世界范围的能源网络，以实现对可再 生能源--氢的有效生产，运输和利用。该计 划从1993年到2020年横跨了28年
3.暗发酵制氢 暗发酵制氢
• 投入：各种有机物 • •
微生物(暗发酵)
• 产出：氢气
• 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。
微生物制氢的三大方法
• 1.光合微生物产氢 光合微生物产氢 • 2.微生物水气转换制氢 微生物水气转换制氢 • 3.暗发酵制氢 暗发酵制氢
光合微生物产氢
投入：光能
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
产出：氢气
光合微生物产氢
直接光解产氢
间接光解产氢
光发酵产氢
直接光解产氢 光能
光能自养型微生物
氢气
特点：直接利用光能产生氢气
• 至今对细菌光合产氢的具体步骤没有定论 • 设想反应机理以下式简单表示：
微生物制氢的三大方法
• 1.光合微生物产氢 光合微生物产氢 • 2.微生物水气转换制氢 微生物水气转换制氢 • 3.暗发酵制氢 暗发酵制氢
• 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。
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
• 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%。 • 为提高氢气的产率，除选育优良的耐氧且 受底物成分影响较小的菌种外，还需开发 先进的培育技术
例－无硫紫细菌
无硫紫细菌在缺氮条件下，用光能和还原性底 Light energy 物产生氢气 : C6H12O6 + 12H2O 12H2 + 6CO2 代表菌株为： Rhodospirillum rubrumL: 180 ml H2/L of culture/h; Rb.spheroides: 3.6-4.0 L H2/L or immobilized culture/h 已有将这类微生物光发酵产氢用于处理有机 废水的实例
直到现在，各种生物制氢方法都还 不是很成熟
• 现有的研究大多为实验室内进行的小型试 验，采用批式培养的方法居多，利用连续 流培养产氢的报道较少。试验数据亦为短 期的试验结果，连续稳定运行期超过40天 的研究实例少见报道。即便是瞬时产氢率 较高，长期连续运行能否获得较高产氢量 尚待探讨 • 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
• 缺点：
• 然而，穿质速率的限制、CO抑制及相对的 动力学速率较低使其在经济上还无法和工 业上的水气转换过程竞争。 • 高细胞密度、更高压力的操作，且配备有 CO2的收集系统，有可能得到一定的应用。