生物制氢过程的运用、前景和发展方向ppt生物制氢过程的

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(4)百度文库化反应器的设计—如固定床的使用
总结
生物制氢技术总体上还处在初步研 究阶段,但其在原料来源、能源消 耗、环境方面具有较强的优势,所 以仍是值得深入研究的领域.
Photo-fermentation 0.16
CO-oxidation
96.0
Dark fermentations
Mesophilic,undefined 121.0
1.0 kW FC(l) 3.41*105 6.73*104 1.49*105
2.49*102
1.98*102
暗发酵体系和CO-水气转换系统具有较强的 实际运用前景,其他生物制氢模式也值得深 入研究,以增加产氢速率和产氢量
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
固氮酶:催化还原氮气成氨,氢气作为副产物产生
可逆氢酶:能够氧化合成氢气 吸氢酶:氧化由固氮酶催化产生的氢气
总反应式为:
12H2O + 6CO2 Light energy C6H12O6 +6O2 C6H12O6 + 12H2O Light energy 12H2 +6CO2 代表性菌(藻)株:
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.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;
暗发酵体系:
500L
2.5 KW PEMFC
1000L
5.0 KW PEMFC
CO-水气转换系统:
624L
2.5 KW PEMFC
1250L
5.0 KW PEMFC
一个工程化问题:当反应器容积 增大后,因为传质、单位细胞容 积负荷、光通路等变化对产氢反 应速率的变化
四.生物制氢技术的发展方向
1.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,
Seminar I 生物制氢过程的运用、前景 和发展方向
学生:冉 春 秋 导师:张卫 研究员 海洋产品与工程研究组
提纲
制氢方法的简介 生物制氢方法的介绍 生物制氢技术的运用、前景 生物制氢技术的发展方向
一.制氢方法的介绍
1.基于化石燃料的方法 天然气的蒸气重整; 天燃气的热裂解; 石油碳氢化合物重组分的部分氧化; 煤的气化; 热裂解或气化
(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
5.暗发酵制氢
厌氧细菌利用有机底物进行暗发酵产生氢气; 温度范围25-80℃,或超高温80 ℃ (1)当乙酸为终产物时:
C6H12O6 + 2H2O→ 2CH3COOH + 4H2 + 2CO2
(2)当丁酸为终产物时:
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
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
三.生物制氢技术的运用前景
BioH2 system
H2 synthesis rate
(mmol H2 (l × h))
Direct photolysis 0.07
Indirect photolysis 0.355
占整个氢气产量的90%以上
2.基于以水为原料的方法
电解; 光解; 热化学过程; 直接热分解
占整个氢气产量的4%左右
3.基于生物技术的方法
藻类和蓝细菌光解水; 光合细菌光分解有机物; 有机物的发酵制氢; 光合微生物和发酵性微生物的联合运用 生物质制氢
生物制氢的优点
耗能低、效率高; 清洁、节能和可再生; 原料成本低,制氢过程不污染环境; 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.
Anabaena variablilis 4.2 umol H2/mg chla/h
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 物产生氢气 : C6H12O6 + 12H2O Light energy 12H2 + 6CO2 代表菌株为:
Rhodospirillum rubrumL: 180 ml H2/L of culture/h;
(1) Rubrivivax gelatinosus CBS 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CO2将CO同化为细胞质;即使 在有其他有机底物的情况下,其也能够很好 利用CO
(2) Rubrivivax gelatinosus CBS 能够100% 转换气态的CO成H2;
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
4.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 做为单一碳源,产生ATP的同时释放出H2、 CO2
CO(g) + H2O(l) → CO2(g) + H2(g)
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