生物制氢技术 陈君仪 13307100145 、技术名称:生物制氢技术 二、技术原理 生物制氢有多种途径,常见的有四种:光解水制氢、光发酵制氢、暗发酵制 氢、光发酵和暗发酵耦合制氢。以下是各类制氢方法的原理介绍。 1.光解水制氢 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。 NAD(P)H+ATP+COz NAD(P)H 低H 高H HO P68eSl阶段的反应中心 read in center p70NI阶段的反应中心 PS reaction cen tet Q PS阶段的主要电子接 受体 PS ma n electron recep bt Cyth f细胞色素 bs f eybchmme PC质体蓝素 phstoeyan it Fd铁氧还原蛋白 ferrox ns R州NAD(P)氧化还原酶 axile reducase氢酶 hwd menage 图1藻类光合产氨过程电子传递示意图 2.光发酵制氢 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。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 3.暗发酵制氢 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
生物制氢技术 陈君仪 13307100145 一、技术名称：生物制氢技术 二、技术原理： 生物制氢有多种途径，常见的有四种：光解水制氢、光发酵制氢、暗发酵制 氢、光发酵和暗发酵耦合制氢。以下是各类制氢方法的原理介绍。 1. 光解水制氢 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. 光发酵制氢 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。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。 3. 暗发酵制氢 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。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。在大多数的工业废水和农业废弃物中存在大量的葡萄糖 淀粉、纤维素等碳水化合物,淀粉等高分子化合物可降解为葡萄糖等单 糖。葡萄糖是一种容易被利用的碳源。 4.光发酵和暗发酵耦合制氢 光发酵和暗发酵耦合制氢技术,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 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 需要光,对环境无污 光解水制氢 可利用各种有机废水 小分子有机酸、醇类 光发酵制氢 较高 制氢,制氢过程需要 光 葡萄糖、淀粉、纤维 可利用各种工农业废 暗发酵制氢 弃物制氢,发酵废液 素等碳水化合物 在排放前需处理 可利用各种工农业废 光发酵和暗发酵耦合 葡萄糖、淀粉、纤维 弃物制氢,在光发酵 素等碳水化合物 过程中需要氧气 表1:几种生物制氢方法比较 、实例应用 氢气的燃烧产物只有水,因此,氢气是最清洁的能源。通过生物制氢得到氢 气,用途十分广泛。 1.如今已有的氢汽车,就是靠氢燃料、氢燃料电池运行的。目前,我国科 学家已获得了能高效产氢的微生物,可以小规模的进行生物制氢。人们预计, 在将来,人们只要在汽车、飞机等油箱中装满水,再加入光水解催化剂,那 么,在阳光照射下,水便能不断地分解出氢,成为发动机的能源。 2.美国宇航部门准备把一种光合细菌一一红螺菌带到太空中去,用它放出 的氢气作为能源供航天器使用。这种细菌的生长与繁殖很快,而且培养方法 简单易行,既可在农副产品废水废渣中培养,也可以在乳制品加工厂的垃圾 中培育。 3.用于制氢的微生物含有大量的蛋白质,除了能放出氢气外,还可以用于 制药和生产维生素,以及用它作牧畜和家禽的饲料。人们正在设法培养能高 效产氢的这类微生物,以适应开发利用新能源的需要 四、结语 一直以来,人类社会的发展与科技的进步都十分依赖煤、石油等化石燃料, 这些化石燃料在带给我们动力的同时,也带来了严重的环境污染问题以及资 源短缺问题。氢能源作为最清洁的新能源之一,其未来的发展空间十分广阔, 而生物制氢作为一种高效、环保的新兴制氢手段,十分值得我们进一步的研 究
用产生氢气。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。在大多数的工业废水和农业废弃物中存在大量的葡萄糖、 淀粉、纤维素等碳水化合物，淀粉等高分子化合物可降解为葡萄糖等单 糖。葡萄糖是一种容易被利用的碳源。 4. 光发酵和暗发酵耦合制氢 光发酵和暗发酵耦合制氢技术，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。 三、实例应用 氢气的燃烧产物只有水，因此，氢气是最清洁的能源。通过生物制氢得到氢 气，用途十分广泛。 1. 如今已有的氢汽车，就是靠氢燃料、氢燃料电池运行的。目前，我国科 学家已获得了能高效产氢的微生物，可以小规模的进行生物制氢。人们预计， 在将来，人们只要在汽车、飞机等油箱中装满水，再加入光水解催化剂，那 么，在阳光照射下，水便能不断地分解出氢，成为发动机的能源。 2. 美国宇航部门准备把一种光合细菌——红螺菌带到太空中去，用它放出 的氢气作为能源供航天器使用。这种细菌的生长与繁殖很快，而且培养方法 简单易行，既可在农副产品废水废渣中培养，也可以在乳制品加工厂的垃圾 中培育。 3. 用于制氢的微生物含有大量的蛋白质，除了能放出氢气外，还可以用于 制药和生产维生素，以及用它作牧畜和家禽的饲料。人们正在设法培养能高 效产氢的这类微生物，以适应开发利用新能源的需要。 四、结语 一直以来，人类社会的发展与科技的进步都十分依赖煤、石油等化石燃料， 这些化石燃料在带给我们动力的同时，也带来了严重的环境污染问题以及资 源短缺问题。氢能源作为最清洁的新能源之一，其未来的发展空间十分广阔， 而生物制氢作为一种高效、环保的新兴制氢手段，十分值得我们进一步的研 究