微生物制氢
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。
生物制氢 故事
生物制氢故事
《生物制氢故事》
嘿，说起生物制氢啊，还真有一件让我印象特别深刻的事儿呢！那是一次在老家的时候，我去了一个亲戚的农场玩。
那天阳光可好了，我就到处溜达，看到农场里有一个挺大的池塘，池塘边有些稀奇古怪的设备。
我就好奇地凑过去瞧，问亲戚这是啥玩意儿。
亲戚笑着说：“这就是跟生物制氢有关的啦！”我当时还一头雾水呢。
他就给我详细解释，说是利用池塘里的一些微生物来产生氢气。
我还是不太懂，问他怎么实现的呀。
亲戚就带着我开始观察，他指着池塘里的水说：“你看，这里面有好多小小的微生物，它们能通过一些特别的过程把水里的东西转化成氢气呢。
”我就瞪大了眼睛看，可啥也看不到。
亲戚看我那模样，哈哈笑了，然后给我捞了一点水放在显微镜下，让我看。
哇，这下我可看到了，好多奇奇怪怪的小东西在那里动来动去，真神奇！接着亲戚又给我介绍说，他们得精心照顾这些微生物，控制好池塘的环境，什么温度啊、酸碱度啊，都得把握好。
我就想，这可真不容易啊，感觉像养孩子似的。
我在那观察了好久，越看越觉得有意思，想着这些小小的东西居然能制造出氢气这么厉害的东西。
后来我回到家，还时不时想起那个池塘边的场景，想起那些神奇的微生物。
从那以后，我对生物制氢就有了特别的感觉，觉得这真是个很棒的领域。
我也算是真切地感受到了生物制氢的神奇之处啦，原来大自然里藏着这么多我们不知道的奥秘呢！这就是我和生物制氢的故事，每次想到，都觉得既奇妙又有趣呀。
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.
微生物电解池制氢
微生物电解池制氢微生物电解池制氢的原理是利用微生物在电解质介质中的电化学活性，将底物分解产生的电子转移到阳极上，通过阳极的还原反应产生氢气。
这种制氢方式不仅节约了能源，还解决了废水处理和能源开发的难题，因此备受人们关注和研究。
微生物电解池制氢技术的发展历程微生物电解池制氢技术源于传统的电解制氢技术，传统的电解制氢是通过外加电压将水分解产生氢气和氧气。
然而，传统电解制氢的能源损耗较大，不够环保，而且成本高，限制了其在大规模应用方面的发展。
为了克服这些问题，研究者们开始将微生物的生物电化学活性引入到电解制氢中，逐步发展出了微生物电解池制氢技术。
1990年代初，美国科学家发现了一种能够在电解质介质中产生氢气的特殊微生物，这一发现引起了科学界的广泛关注。
随后，研究者们开始利用这种微生物的生物电化学活性，通过电解方式制氢的研究。
经过多年的努力，他们终于成功地搭建了微生物电解池制氢实验装置，并取得了令人瞩目的成果。
在此基础上，越来越多的研究者开始关注微生物电解池制氢技术，探索其在废水处理和能源生产方面的应用潜力。
逐渐地，微生物电解池制氢技术成为了研究领域的热点之一。
随着科技的不断进步，微生物电解池制氢技术也在不断得到完善，取得了越来越令人满意的成果。
微生物电解池制氢的原理和过程微生物电解池制氢是一种复杂的生物电化学过程，其原理和过程涉及到微生物代谢途径、电解化学反应、底物降解等多个方面。
下面，我们将从微生物代谢途径和电解化学反应两个方面来详细介绍微生物电解池制氢的原理和过程。
微生物代谢途径微生物对底物的代谢途径是微生物电解池制氢过程的关键环节。
通常情况下，微生物可以利用底物进行好氧代谢和厌氧代谢，产生不同的有机代谢产物。
其中，厌氧代谢过程产生的有机代谢产物被认为是微生物电解池制氢的主要底物源。
在微生物电解池中，一般采用产氢菌作为微生物菌种。
这类微生物具有良好的厌氧代谢能力，可以利用底物通过厌氧呼吸途径产生氢气。
生物质制氢技术
从表1可见，气化产物中，有相当一部分是CO。因此在生物质气化中，为了提 高氢气产出量，需在气化介质中加入水蒸气。通常认为，在蒸汽流态化条件下 发生下述反应：
上述反应导致床灰中的残炭含量减少，气体产物中的CO2和H2含量增多。生物质 炭与水蒸气的气化反应的反应式及平衡常数如表2所示。
从表2可见，只有在相当高的温度下，炭的气化反应才可能发生。因此，如何设计 催化剂降低炭的气化反应温度，促进炭的气化反应的发生是催化气化制氢的一个重 要研究内容。
用水制氢 化石能源制氢 生物质制氢 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
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
热化学制氢：能耗低，可 大规模工业化生产，可直 接利用反应堆的热能，效 率高，反应过程不易控制 高温热解水制氢：过程复 杂，成本高
• 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。
• 水蒸气催化变换 国外对生物质的水蒸气催化气化进行了实验研究，其单 位kg生物质产氢率从30~80g不等。美国夏威夷大学和天 然气能源研究所合作建立的一套流化床气化制氢装置在水 蒸气和生物质的摩尔比为1.7的情况下，每千克生物质 （去湿、除灰）可产生128g氢气，达到该生物质最大理论 产氢量的78%. • 表3是以焦煤、橄榄壳以及向日葵杆为原料进行的水蒸 气催化气化实验结果。从表3可以看出，在催化剂作用下， 即使气化温度比较低（450度），也可得到较高的氢含量 （34.7％）。另外氢气的产出也随气化原料和催化剂的不 同而不同。
生物质制氢技术的研究现状与展望
一、引言在当前全球能源形势严峻的背景下，生物质制氢技术作为一种可持续发展的新型能源技术备受关注。
本文将对生物质制氢技术的研究现状和展望进行深入探讨，帮助读者全面了解这一领域的进展。
二、生物质制氢技术概述生物质是指植物在生长过程中固定的光能，可以通过热化学和生物化学方法转化为燃料、化学品等有机化合物。
生物质制氢技术是利用生物质资源生产氢燃料的技术，其优势在于可再生、低碳排放和资源广泛。
随着能源危机和环境污染问题的日益突出，生物质制氢技术受到了广泛关注。
三、生物质制氢技术的研究现状1. 生物质气化制氢技术生物质气化是将生物质物质在高温条件下进行分解，生成一氧化碳、氢气等气体。
通过气化反应，可将生物质转化为合成气，再通过水煤气变换反应制备氢气。
目前，生物质气化制氢技术在实验室和工业化生产中取得了一定进展。
2. 微生物发酵制氢技术生物质可通过微生物发酵产生氢气，这是一种相对环保的生产方法。
随着生物技术的发展，一些特殊菌株的应用使得生物质发酵制氢技术逐渐成熟。
生物质发酵制氢技术在实验室阶段已取得了较好的效果，但在工业化应用中还存在一定的技术难题。
3. 生物质光解制氢技术生物质光解制氢技术利用太阳能作为能源，将生物质中的水分子分解为氢气和氧气。
这是一种潜在的清洁能源制备方式，其研究目前处于实验室阶段，尚未进行工业化应用。
四、生物质制氢技术的展望生物质制氢技术具有巨大的发展潜力，但在实际应用中仍然存在许多挑战。
首先是生物质资源的可持续供应问题，需要建立可持续的生物质供应链；其次是高效的氢气生产技术，需要进一步提高生产效率和降低成本；最后是氢气的应用技术，需要配套发展氢燃料电池等技术。
个人观点与理解生物质制氢技术是未来能源发展的重要方向，具有可持续发展和环境友好的特点。
我认为，在今后的研究中，应当优先考虑改进氢气生产技术，并加大对生物质资源可持续利用和环境友好性的研究。
需要政府、企业和科研机构的共同努力，推动生物质制氢技术的实际应用和商业化。
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。
利用生物质还原制氢技术的研究进展
利用生物质还原制氢技术的研究进展在追求更清洁的新能源的同时，氢能源逐渐受到人们的关注。
而生物质还原制氢技术作为一种绿色可再生的氢能源制备方法，在近年来得到了越来越广泛的研究。
一、生物质还原制氢技术的定义及分类生物质还原制氢技术是指在生物过程中利用特定的微生物将有机废弃物或有机物质转化为氢气的过程。
从反应过程中有机物的来源可以分为四种类型：类纤维素质（如木质素和纤维素）、蛋白质质、淀粉质和脂肪质。
生物质还原制氢技术主要分为两大类——混合微生物发酵和纯培养物发酵。
混合微生物发酵即是用不同的微生物群发酵生物质制备氢气，此类反应的转化效率未必高。
而纯培养物发酵指用已纯化的一种微生物群体发酵生物质制氢，反应条件相对更为严格，但氢气产量和转化效率一般较高。
二、生物质还原制氢技术的优势利用生物质还原制氢技术制备氢气的过程中，相对于传统制氢技术，生物质还原制氢技术还具有很多的优势。
1. 可持续生物质资源广泛且可再生，与石油，煤炭等资源相比较之下，生物质还原制氢技术所利用的原料更为可持续。
2. 无公害在反应过程中，很少会产生其他有害的化学物质，反应后产物主要为氢气、二氧化碳和氮气等生物无害物质。
3. 高效历史上氢气的制取主要依靠传统的化学方法，而此类方式反应效率低下，制氢成本高。
而采用生物质还原制氢技术可以提高氢气转化的效率，同时从废弃物中过滤出有用的物质，从而得到更大的经济利益。
三、生物质还原制氢技术研究现状自20世纪90年代开始，生物质还原制氢技术的研究逐渐发展，目前已进入实际应用阶段。
当前这项技术的研究主要集中在以下几个方面：1. 微生物富集和筛选由于不同的微生物有选择性对不同的有机物反应，因此需要通过筛选适用的微生物的方法来保证反应效果。
多数学者通过市场化酿造公司购买到的微生物起到了发掘出种系的作用。
2. 电极接头优化在生物质还原制氢技术中，不仅需要控制反应条件，还需要对电极接头的结构进行优化，以确保反应具有一定的稳定性。
微生物电解制氢的研究现状及展望
［ 作者简介］ 姜薇 ，副教授 ，黑龙江农垦科技职业学院，计 算 机应 用技术专业，教师 。
ｆ Ｈ ｄ ｇｎＰｏ ｕｔ ｎｗｔ Ｍｉ ｏｉ Ｂｏａ ｏ ｅ ＥＮ ３ ｙ ｒ ｅ ｒｄ ｃｏ ｉ ａ ｃ ｂ ｌ ｉｃ ｄ． ］ ｏ ｉ ｈ ｒ ａ ｈ ｔ Ｒ Ｅ
养 目标 与社会的需要 相一致。 高职院校 学生的 毕业 设计工作 因受 到学生就业 等因素 的
３规范论文格式 ，让学生 自己动 手进 行论文 的排版，在开 ．
题时将论文规范进行公示 ， 要求 学生按照规范进行论文排版与 影 响，出现质量下 降趋 势。要想提高毕业设计的质量，从根本 设计 ， 要求学生定期将论文 的纸质打印稿提交给指导教师 ， 指 上 要提 高思想重视，加强制度保 证。只有 学院、教师 、学生都 导教师在不规范之处指 出问题所在 ，再返给学生 ，由学生 自己 加 以重 视， 能进 一步提高毕业 设计的效果， 高毕业 设计教 才 提 进行排版 的设计 ， 这样不仅使 学生熟悉论文的 内容 ， 有利于答 辩 ，同时论文排版也有利 于学生熟练使用文字处理软件 。 在答 辩前，还应要求学生制作课件 ，也有利于现场答辩 。
Ｍ ｉｒ ｂ ａ ｃｏ ｉ ｌ Ｅ ｅ ｔ ｌｓ ｌｃ ｏｙ ｉ ｒ ｓ Ｃｅｓ ｌ． ｌＤＯＵＧＬ ＡＳ
（ ）成 绩 的核 定 三 学 质量 。
参考文献：
［廖 志凌． １ Ｊ 高校本科毕业设计 中存在的 问 及对策０． 题 １ 江苏
大学学报（ 高教研 究版） ０４２８ — ５ ， ０ ，： ８ ２ ２ ［］ ． ２张春 本科毕业设计 （ 论文 ）中的问题及 管理 Ⅱ． ］ 理工高 ［ 何礼 富． ３ ］ 计算机 专业本科毕业设计 （ 论文 ）存在 的问题
利用生物质制氢的研究进展
利用生物质制氢的研究进展近年来，由于化石能源的不可持续性和对环境的危害，人类开始朝着更加环保和可持续的能源方向发展，其中氢能作为新一代清洁能源备受瞩目。
生物质制氢是氢能领域中的一种绿色途径，其具有低成本、高效益、环境友好等优点。
本文将重点讨论生物质制氢的研究进展。
一、生物质制氢原理生物质制氢是利用天然物质——生物质的含氢基团，采用生物学、化学、物理、计算机等多种科学技术手段，对生物质加热或微生物发酵过程中产生的氢气进行分离和纯化，从而获得高纯度氢气。
生物质制氢技术主要分为生物酶促和热化学两种方式。
（1）生物酶促方式该方式是利用生物酶促反应，将生物质经微生物凝聚和分解后，产生的氢气和二氧化碳、甲酸等物质分离出来。
生物酶促方式可以分为单一微生物种源和混合菌种方法两种。
目前，混合菌种方法得到了广泛的应用。
它可以使用不同的废弃物作为原料，如纸浆、农业废弃物、食品废弃物等，运用微生物新陈代谢作用，获得高效率氢气的制备。
（2）热化学分解法热化学反应是一种将生物质转化为氢气的方式，是通过热化学反应或热解反应技术，将生物质高温加热，使其分解出含氢原始芳香族化合物，采用气相色谱、质谱和核磁共振等方法对气体组分进行分析，从而可以获得高纯度的氢气，主要包括干式热化学反应、湿式热化学反应等几种不同类型。
其中，干式热化学反应技术成为实现生物质制氢技术的一项重要技术之一，其应用前景广阔。
二、生物质制氢技术的优点（1）低成本生物质制氢的原材料使用天然资源，成本相对较低，比传统的化石能源要低得多，其中，生物质余弦和能量植物又属于生命价值评价最高的物质，所以制氢成本会更低。
（2）可再生性和环境友好性生物质制氢技术途径可以使得能源的产生不依赖于非可再生的化石燃料。
因此，可以大大减少自然资源的消耗和损坏，同时生产过程中所排放的二氧化碳排放量极低，因此可以保护环境，减少碳排放，达到二氧化碳减排的目的。
（3）广泛适用性生物质制氢途径可以适用于很多种源。
第十章 生物质制氢PPT课件
1. 基本理论 2. 主要的生物制氢技术及其发展现状 3. 生物制氢存在的问题及展望
第一节 基本理论
一、氢能的特点 作为能源，氢有以下特点： （1）所有元素中，氢重量最轻。 （2）氢是极好的传热载体。 （3）存储量大。 （4）氢的发热值高。 （5）氢燃烧性能好。
（6）氢本身无毒。 （7）氢循环使用性好。 （8）氢能利用形式多。 （9）氢能适应储运及各种应用环境的不同要
• 虽然在标准状况下NADH+H+转化为H2的过 程不能自发进行，但在NADH铁氧还蛋白和 铁氧还蛋白酶和铁氧还蛋白氢酶作用下， 该反应能进行。
• 可溶性碳水化合物（如葡萄糖、蔗糖、乳 糖和淀粉等）的发酵以丁酸型发酵为主。
• 含氮有机化合物的酸性发酵，难降解碳水 化物得厌氧发酵表现为丙酸型发酵途径。
①预处理环节
木质纤维素结构复杂，需要对原料进行预 处理，以去除部分或全部木质素，溶解半 纤维素，或破坏纤维素的晶体结构，从而 减少聚合度，增加孔隙度和表面积等，以 促进酶与底物相互接触并反应，提高酶解 速率和糖得率。
理想的预处理方法应满足： ① 有利于酶水解过程的糖化； ② 避免碳水化合物的降解或损失； ③ 避免生成对后续水解或发酵有害的副产品； ④ 经济可行。
（一）光合制氢技术 1、原料特点
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。
光合细菌的优点：
① 容易培养并且可以利用多种有机废弃物为产氢 原料，具有较高的理论转化率；
② 可利用的太阳光谱范围较宽，比蓝细菌和绿藻 的吸收光谱范围更广泛，具有较高的光合转化 潜力
③ 产氢需要克服的自由能较小，乙酸光合细菌产 氢的自由能只有+8.5KJ/mol；
（二）产氢途径 1、光合产氢途径
生物制氢方法、运用及发展前景
光合异养微生物水气转化反应产生氢气
一些光合异养微生物在暗条件下能够利用CO作为单 一碳源，产生ATP的同时释放出H2、CO2
如Rubrivivax gelatinosus CBS，它不仅可以在暗条件 下进行CO-水-气转换反应，而且能利用光能固定
O2将CO同化为细胞质；即使在有其他有机底物的 情况下，它也能够很好利用CO并且能够100﹪转换 气态的CO成H2
其反应式如下：
CO + H2O → CO2 + H2
发酵制氢
氧细菌利用有机物进行暗发酵产生氢气，温度范围25℃，或超高温>80℃ （1）当乙酸为终产物时：
C6H12O6+2H2O→2CH3COOH+4H2+2CO2
细菌（藻）间接光解水制氢技术
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
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
（1）研究气体快速分离技术，减少因氢、二氧化碳分压增加抑 产氢速率——膜技术的使用
元素调控，如:硫、磷
PSII抑制剂，如：DCMU、CCCP、 FCCP
2.间接光解产氢（蓝细菌）
蓝细菌主要分为：蓝绿藻、蓝藻纲类、蓝藻类 如图：
它的总反应式为： 12H2O+6CO2 →C6H12O6+6O2
C6H12O6+12H2O →12H2+6CO2
发酵产氢（无硫紫细菌）
硫紫细菌在缺氮条件下，用光能和还原性底物产 氢气：
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。
微生物制氢2
3.光发酵产氢（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
2.蓝细菌（藻）间接光解水制氢技术 （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 （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 （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
一些生物制氢过程具有较好的环境效益
二.生物制氢方法的介绍
1.直接光解技术（绿藻） 在厌氧条件下，绿藻既可以利用氢作为电 子供体用于二氧化碳的固定或释放氢气
由于氧对氢酶的严重抑制，必须将光合放氧 和光合放氢在时间上或空间上分开，可以通 过部分抑制PSII光化学活性来实现： 元素调控，如：硫、磷 PSII抑制剂，如：DCMU、CCCP、FCCP 代表性藻株有:Chlamydomonas reinhardtii 产氢速率为：7.95mmol H2/L ,100h.
2.间接光解产氢（蓝细菌）
蓝细菌主要分为：蓝绿藻、蓝藻纲类、蓝藻类
利用微生物和光能联合制氢技术
利用微生物和光能联合制氢技术济南大学医学与生命科学学院制药工程0902班邓小波众所周知，氢能被视为21世纪最具发展潜力的清洁能源，人类对氢能的应用自200百年前就产生了兴趣，到20世纪70年代以来，世界上许多国家和地区就广泛的开展了氢能的研究。
中国对氢能的研究与发展可以追溯到20世纪60年代初，中国科学家为了发展本国的航天事业单，对作为火箭燃料的液氢的生产、氢氧燃料电池的研究开发进行了大量而有效的工作。
到目前为止，氢能技术已经被列入《科学技术发展“十五”计划和2015年远景规划》。
目前利用可在生能源制氢的主要技术，包括电解水制氢，太阳能热化学循环制氢和利用生物质转化制氢。
电解水制氢技术是最早利用的制氢技术之一，它操作简单，可靠性很大，但是传统的电解水制氢的能耗特别高，以及矿物原料有限的特点。
然而生物质制氢技术能克服以上弊端，故成为当今科学研究制氢技术的主流。
生物质制氢又包括两个方面，分别是生物质气化制氢和微生物脱氢方法制氢。
由于生物质气化制氢与本文无关，这里也就不详细介绍了。
微生物脱氢方法制氢又有以下几种：微生物厌氧发酵制氢技术，光能微生物制氢技术，二次发酵制氢技术等。
本次我要提的利用微生物和光能联合制氢技术从本质上来说是属于微生物脱氢方法制氢的范畴。
但是利用微生物和光能联合制氢技术是把厌氧发酵跟光能发电技术实现了完美结合，从而又区别于普通发酵制氢技术。
生物制氢方法产氢效率转化底物类型转化底物效率环境友好程度光解水制氢慢水低需要光，对环境无污染光发酵制氢较快小分子有机酸、醇类物质较高可利用各种有机废水制氢，制氢过程需要光照暗发酵制氢快葡萄糖、淀粉、纤维素等碳水化合物高可利用各种工农业废弃物制氢，发酵废液在排放前需处理光发酵和暗发酵耦合制氢最快葡萄糖、淀粉、纤维素等碳水化合物最高可利用各种工农业废弃物制氢，在光发酵过程中需要氧气表1：几种生物制氢方法比较早在2006年，美国宾州州立大学环境工程学教授Bruce E. Logan 和Shaoan Cheng等人开发出一种新型微生物燃料电池，洛根就在自己所编写的《微生物燃料电池》中指出：在微生物燃料电池（简称M FC）外接一低压电源，就能在其阴极产生氢，在研究醋酸时发现，细菌会消耗醋酸并在溶液中产生0.3伏的电压。
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。
工业制氢方法
工业制氢方法
1. 蒸汽重整法：将含碳化合物（如天然气、石油、煤等）与高温水蒸汽反应，产生氢气和二氧化碳。
这种方法需要高温和催化剂的作用。
2. 电解水法：通过电解水分解水为氢气和氧气。
这种方法需要电能作为驱动力，并需要使用电解槽和电极。
3. 光解水法：利用太阳能将水分解成氢气和氧气。
这种方法利用太阳能的能量将水分解，一般使用光电池板来转换太阳能。
4. 生物法：一些微生物能够通过代谢作用产生氢气，例如光合细菌和厌氧细菌。
这种方法使用微生物催化剂来产生氢气。
5. 煤气化法：将煤炭或生物质等固体物质在高温下进行气化反应，产生氢气和一些其他气体。
这种方法使用煤气化反应炉和催化剂。
6. 燃料电池法：利用燃料电池将氢气和氧气反应产生电能，同时生成水。
这种方法将氢气作为燃料，通过氧气在燃料电池中的电化学反应产生电能。
以上是一些常用的工业制氢方法，具体选择哪种方法要根据实际情况和需求来决定。
制氢常用方法
制氢常用方法
1. 水电解制氢，哇哦，这就像是个神奇的魔法！你想想，水通过电的魔力，就能分解出氢气来，就如同把一个大西瓜切成了两半，一半是氢气，一半是氧气。
比如在一些工厂里，就是用电解水的方法来获取大量的氢气呢！
2. 化石燃料制氢呢，嘿嘿，这可是个常见的家伙。
它就好像是一个经验丰富的老手，虽然不那么新颖，但一直很靠谱呀。
像石油化工厂里，不就经常用这个方法来制氢嘛！
3. 生物质制氢，哎呀呀，这就像是大自然给我们的特别礼物！从那些植物、废弃物中就能变出氢气来，这多神奇啊！不是有很多地方在研究利用秸秆等来制氢嘛！
4. 光解水制氢，哇塞，这简直是太阳公公的恩赐呀！通过阳光的照耀，水就能分解出氢气，这就好比是阳光给我们变了一个神奇的魔术。
在那些科研实验室里，不就在钻研怎么把这个神奇的方法变得更厉害嘛！
5. 热化学制氢，嘿嘿，这可是需要一些高温的魔力呢！就如同在高温的火炉里锻造出珍贵的氢气。
一些特殊的工业过程中就会用到这种方法哟！
6. 微生物制氢，哈哈，这就像是一群小小的工作者在努力工作呢！微生物们辛勤地制造着氢气，多有意思呀！据说有些科学家正在想办法让这些小工作者更高效地为我们生产氢气呢！
我觉得呀，这些制氢方法都各有各的厉害之处，都为我们获取氢气提供了不同的途径呢，未来肯定会有更多更好的制氢方法出现的！。
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微生物制氢
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（**大学****学院**）
世界经济的现代化，得益于化石能源，如石油、天然气、煤炭与核裂变能的广泛的投入应用。
因而它是建筑在化石能源基础之上的一种经济。
然而，由于这一经济的资源载体将在21世纪上半叶迅速地接近枯竭。
石油储量的综合估算，可支配的化石能源的极限，大约为1180~1510亿吨，以1995年世界石油的年开采量33.2亿吨计算，石油储量大约在2050年左右宣告枯竭。
天然气储备估计在131800~152900兆立方米。
年开采量维持在2300兆立方米，将在57~65年内枯竭。
煤的储量约为5600亿吨。
1995年煤炭开采量为33亿吨，可以供应169年。
铀的年开采量目前为每年6万吨，根据1993年世界能源委员会的估计可维持到21世纪30年代中期。
核聚变到2050年还没有实现的希望【1】。
化石能源与原料链条的中断，必将导致世界经济危机和冲突的加剧，最终葬送现代市场经济。
由于氢气的燃烧热值高（每千克氢燃烧后产生的热量为汽油的3倍，酒精的3.9倍，焦炭的4.5倍），唯一燃烧产物为水，对环境无污染，而水又可被进行电解或分解生成氢气。
因此氢能可真正被称为清洁、高效、可再生的绿色能源。
氢能不是一次能源，氢气需要从含氢的化合物中制取。
目前全世界大约96％的氢来自化石燃料，其余为水电解制氢【2】。
不论哪种制氢方法都要直接或间接消耗大量的化石能源，显然不是理想的制氢途径。
生物制氢以其原料来源丰富、价格低廉、低能耗、反应条件温和等特点得到人们的关注，是目前研究最快，并有望进行规模化生产的一种制氢方法。
1 氢能利用的曲折史
1.1 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。
1.2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。
1.3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。
2 制氢方法
2.1 化石燃料制氢技术
这是目前大量化工用氢的生产方法，如化肥生产的造气，即以煤在气化炉中燃烧，通过水蒸气还原反应，获得氢气。
同样，石油、天然气或生物质燃料，均可用类似的方法制取氢。
但是，这样的造气效率不高，需要消耗大量能源，并对环境污染较大。
以能源换燃料，是得不偿失的。
鉴于化石能源的有限性，应尽可能满足有机原料的需要，而不能作为产生氢能的依靠。
2.2电解水制氢
多采用铁为阴极面，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。
阳极出氧气，阴极出氢气。
该方法产品纯度大，可直接生产99.7%以上纯度的氢气，但成本较大，无法真正用于工业生产。
2.3 太阳能半导体光催化分解水制氢
利用入射光的能量使水的分子通过分解或水化合物的分子通过合成产生出氢气。
在太阳的光谱中，紫外光具有分解水的能量，若选择适当的催化剂，可提高制氢效率。
因此在太阳能利用的高技术研究中，光化制氢将作为重点。
2.4 生物质制氢技术：①生物质热化学气化法；
⑵生物质液化后再转化制氢法；③微生物制氢：生物质是由光合作用产生的有机体总称。
氢是组成水和生物有机物质的基本元素。
在有机质发酵降解过程中，在微生物利用太阳能光解水的过程中，氢是重要的中间产物及主产物。
因此微生物具有产氢功能是自然界中较为常见的现象【3】。
3 微生物制氢
根据制氢时是否需要光能，我们将微生物制氢的方法分为两大类：光合生物制氢和非光合生物制氢。
3.1 光合生物制氢
光合生物包括产氢藻类和光合细菌，它们在光照条件下光解水或有机化合物产生氢气。
3.1.1光解水制氢技术
在光解水制氢技术中，固氮酶(Nitrogenase)和氢酶(Hydrogenase)是催化产氢反应的2个关键性酶。
固氮酶是一种结构复杂,功能特异的酶,由钼铁蛋白和铁蛋白组成，能催化还原氮气成氨，将质子还原为氢气【4】。
氢酶是一种多酶复合物,其主要成分是铁硫蛋白。
按其作用机理,可将氢酶分为吸氢酶和可逆产氢酶2种【5】,分别催化2H++2e- H2的正反应和逆反应。
产氢微生物中研究最多的是绿藻和蓝藻（蓝细菌），二者均属于光自养型微生物，具有与植物类同的两个光合作用系统PSⅠ和PSⅡ，可利用太阳能光解水产生氢气。
微藻光解水制氢可分为两个步骤：第一步，微藻通过PSⅡ吸收光能分解水，产生质子、电子，并释放氧气。
2H2O+hv→4H++4e-+O2
第二步，在酶的催化下，还原质子为氢气。
2H++2e-→H2
质子还原为氢气的过程是在酶的催化作用下完成的，经研究，蓝藻中含有两种酶：氢酶和固氮酶，其中固氮酶起主要作用，在把氮气转化为氨的同时还原H+为氢气，而氢酶的活性很低，产氢效率无法与固氮酶产氢相比。
绿藻中不含固氮酶，氢的代谢完全由氢酶调节。
在有氧的条件下，固氮酶和氢酶的活性受到抑制，产氢停止。
由于微藻产氢过程受到其自身产氧的抑制，产氢过程无法持续进行，致使微藻产氢效率低下。
培养出能耐受高浓度氧的高效产氢藻株是微藻制氢研究的核心。
3.1.2光发酵制氢技术
光合细菌是一类具有原始光能合成体系的原核生物，体内只含有光合系统PSⅠ。
这类微生物可利用太阳能分解有机物产生氢气。
光发酵的所有生物化学途径【6】都可以表示为：(CH2O)x →铁氧还蛋白→固氮酶→H2
↑ATP ↑ATP
固氮酶是光合细菌产氢的关键酶，在光照条件下固氮酶在三磷酸腺苷（ATP）提供能量条件下，接受铁氧还蛋白（Fd）传递的电子e-，将H+还原为H2，把空气中的N2转化生成
NH4+或氨基酸，完成固氮产氢，见如下反应【7】：
N2+12ATP+6e-→2NH3+12ADP+12Pi
2H++4ATP+2e-→H2+4ADP+4Pi
3.2暗发酵制氢
许多厌氧微生物或兼性厌氧微生物能在暗环境中将多种底物（主要是糖类等）分解而得到氢气。
大多数厌氧发酵细菌需要在氢酶的催化下产生氢气。
在不同的条件下厌氧发酵的最终产物可为丁酸、乙酸等各种有机酸，同时副产大量氢气和二氧化碳【8】。
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）
发酵法生物制氢技术同光解法生物制氢技术相比具有很多优点：如无需光照，可持续稳定产氢，产氢速率高，反应器的设计、操作、管理简单方便，底物来源丰富且可以与环境治理相结合，价格低廉等。
3.3光发酵与暗发酵结合制氢
光发酵－暗发酵混合制氢比单独使用一种方法制氢具有很多优势。
将两种发酵方法结合在一起，相互交替、相互利用、相互补充，可提高氢气的产量。
采用非光合细菌和光合细菌混合培养发酵制氢时，非光合细菌首先将有机物降解为有机酸并产生氢气，所产生的有机酸再由光合细菌在光照条件下彻底降解生成氢气。
如：发酵细菌发酵葡萄糖产氢：C6H12 O6 +2H2O →4H2 +2C2H4O2+ 2CO2；光合细菌利用乙酸产氢：2C2H4O2 +4H2O →8H2 + 4CO2。
这两步反应可分别在各自的反应器中进行，易于控制其分别达到最佳状态。
两种细菌混合制氢既彻底分解了有机物，又减少了所需光照，增加了氢气产量，是生物制氢工艺未来理想的的发展方向。
4 结语
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。
目前需要解决的问题还很多，如高效产氢菌种的筛选，产氢酶活性的提高，产氢反应器的优化设计，最佳反应条件的选择等。
生物制氢技术利用可再生资源，特别是利用有机废水废物为原料来生产氢气，既保护了环境，又生产了清洁能源，可谓一举两得，是一条值得大力发展的制氢途径。
随着新技术的不断开发，生物制氢必将成为为解决能源和环境问题的关键。
参考文献
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