环境生物技术论文 生物制氢技术与能源的发展前景

1、环境生物技术课程论文论文名称执行以下操作之一：生物制氢技术及能源开发前景学院(财富)执行以下操作之一：包装和材料工程学科学院专名执行以下操作之一：环境生物技术学生名称执行以下操作之一：张敬庆类名执行以下操作之一：1301学号终成绩执行以下操作之一：生物制氢技术及能源开发前景摘要氢能具有清洁、高效、可再生的特点，是最有发展潜力的化石燃料替代能源之一。与现有的热化学及电化学制氢技术相比，生物制氢具有低功耗、减少污染等优点。近年来，生物制氢技术在发酵菌筛选、产氢机制、产氢工艺等方面取得了很大进展。癌症发酵与光发酵相结合生产氢气的技术是一种氢产量较高的新技术。以厌氧细菌和光合

2、细菌为发酵菌，以富含碳水化合物的工业农业废弃物为原料，结合癌症发酵和光发酵生产氢气，发展前景广阔。牙齿文章回顾了国内外生物制氢技术的研究进展。关键词生物制氢；光发酵；暗发酵；工业农业废弃物可再生能源Abstract hydrogen has a clean，efficient and renewable character istics，Is one of The most potential substitute of fossil fuel energy . wite The technology is a new technology，with higher yield of hyd r

3、ogen . with anaerobic bacteria and photo-hetero trophic bacteria strains Using密钥words生物水文生成产品；密钥words biological hydrogen production；Photo fermentation；Dark fermentation；工业和农业工作站；Renewable energy前言目前，由于化石能源短缺和石油价钱上涨，需要寻找可再生、高效、干净的能源替代能源。(David aser，Northern Exposure，美国电视电视剧，能源)氢是清洁能源的第一选择，是未来的理想燃料之一

4、。制氢有多种茄子方法，包括物理、化学、生物等，但传统的化石燃料重整制氢和电解水制氢等技术由于能源消耗、原料转化率、污染环境等问题，制约了氢能的大规模应用和发展。生物氢能消费、减少污染、反应条件温和、氢生产和废物回收相结合，受到国内外众多研究者的广泛关注。1牙齿文章分析了生物制氢技术的发展和现状，指出了生物制氢领域的主要问题，展望了生物制氢的前景。目前全球氢气交易量达0.5 109 t，每年增长10%2。根据美国国家氢计划，到2025年，氢将占总能源市场份额的8-10%3。美国能源部预测，2040年氢能和运输系统可以扩散到美国各地区4，这对促进生物制氢技术的发展，加快生物制氢技术的产业化速度具有

5、重要意义。正文1.生物制氢概述生物制氢技术是利用微生物发酵作用从废弃物中提取氢气的技术。早在19世纪，人们就认识到微生物具有生产氢的特性。自20世纪30年代Gafron发现绿藻具有生产氢的功能以来，生物制氢技术一直受到研究人员的关注。20世纪70年代的石油危机导致各国政府和科学替代能源追求，进行各种生物制氢技术研究5。目前世界面临的能源短缺和环境污染两个茄子主要难题，生物制氢技术的研究再次活跃起来。各种现代生物技术广泛应用于生物制氢研究，极大地推动了生物制氢技术的发展和应用。1.1氢的应用价值氢的能量密度数值很高，是普通汽油的3倍以上，因此氢在航天领域、交通运输的应用中很独特。火箭、宇宙太空船

6、、航天飞机常用燃料。第二，氢是石油、化学、肥料和冶金行业的重要原料和材料，用于石油和其他石化燃料的提炼。再利用氢燃料电池直接发电，或利用燃料电池氢和氢1蒸汽的联合循环发电6。1.2生物制氢机制国内外学者进行了大量生物氢机械的研究。氢和生物体之间的相互切换牙齿普遍存在，氢代谢在控制厌氧发酵的碳和电子流动中发挥着重要作用。碳，氢代谢伴随着各种有机物的分解和合成，提供厌氧微生物正常生长所需的能量，氢酶催化氢代谢。存在少量氮时，蓝细菌在氮酶的催化下以葡萄糖为还原剂生产氢。与生物的氢相关的反应一般分为两类茄子。一是利用氢作为还原剂，促进生物的新陈代谢过程。第二，生物体在酶的催化下将氢离子转化为氢，以消除

7、体内过多的电子压力7。1.3生物制氢的分类和特性根据生物制氢基质及其机制、选择的微生物和生物制氢方式，将生物氢气分为蓝细菌和绿藻类氢、光合细菌氢、厌氧发酵氢等三种茄子类型。始于20世纪30年代的青细菌和绿藻在光和厌氧条件下分解水，产生氢，这被称为光海水算术所或蓝、绿藻酸氢。光合细菌在光和厌氧条件下分解有机物产生氢，据说光合细菌产生氢。厌氧细菌在黑、厌氧条件下分解有机物，产生氢气，这称为厌氧发酵产氢。上述两个茄子以上生物制氢方法的联合运行，完成生物制氢过程。光海水算术所具有以水为原料节约材料的优点，但其缺点是光合作用系统复杂，克服自由能，光转换效率低，不能利用有机废物。光合细菌在制氢过程中不生产

8、氧气，需要克服的自由能的优点较少，但有需要光的缺点。厌氧发酵产氢的优点是厌氧细菌种类多，不限于光，但基质降解不彻底，污染环境，原料效率低下8。1.4氢原料光海水氢分别使用水和蓝色细菌、绿藻本身作为制氢的原料。光合细菌利用葡萄糖、乳酸、乙酸、苹果酸等合成原料生产氢气。厌氧发酵细菌以各种农产品加工废弃物、农产品、水果和蔬菜等天然原料生产氢气。为了降低成本，正在利用国内外学者糖厂、乳酸发酵厂、酒精厂、豆腐厂、牛奶加工厂废水、城市污水、固体垃圾处理液等各种农产品加工副产品进行制氢研究9。1.5影响制氢效率的因素国内外学者深入研究表明，许多因素对制氢效率有非常重要的影响。基础性研究主要集中在确定最适合特

9、定菌种及制氢的环境参数上，根据菌种种类，根据生长条件、氢基质，确定生物制氢条件。主要是菌种的鉴别，菌灵，气液成分和含量，氮源种类和添加量，培养基成分和含量，pH值，接种量，光学特性，温度等对制氢有不同的影响10。生物制氢研究进展人们一百多年前发现了生物制氢现象，从20世纪40年代开始对细菌制氢和光化氢生产进行了基础研究。受光转换效率、氢酶的氧敏感性、生物氢途径的复杂性等限制，处于停滞状态。到20世纪70年代，石油危机使各国政府和科学家意识到追求替代能源迫在眉睫，世界上首次开始了对生物制氢的实用研究。研究者们经过了几十年的献身研究，但还没有突破性的成果，需要大量的研究工作。美国、日本等发达国家首

10、先开始了生物制氢技术研究，近几年中国也开始了生物制氢研究。由于当今世界面临的能源和环境的双重压力，生物制氢研究再次兴起。在各种现代生物技术牙齿生物制氢领域的应用极大地推动了生物制氢技术的发展。目前国内外生物制氢技术的研究集中在以下方面：2.1深色发酵生物制氢技术癌发酵生物氢是利用厌氧发酵氢在厌氧条件下将有机物分解为氢的过程，牙齿过程不需要光能供应。能产生癌发酵氢的微生物种类多种多样。包括一些专业厌氧细菌，兼性厌氧细菌，少量好氧细菌11。目前已知的癌症发酵产氢过程主要包括甲酸分解氢、丙酮酸脱氧剂和NADH /NAD。林南等从1990年开始，通过对糖蜜废水连续流动的氢研究，发现提出了新的乙醇型发酵

11、氢途径12。研究表明，末端产物为乙醇时氢产量高13。癌症发酵氢过程产生混合气体，除了含有氢外，还含有一定量的二氧化碳，少量的甲烷，一氧化碳，H2S 14。目前对癌发酵产氢技术的研究可分为以下几个茄子： 顺菌种癌发酵产氢。两种以上菌株协同发酵产氢；以活性污泥为代表的混合菌种在制氢中产生暗发酵。1)纯菌种黑暗发酵产氢利用纯菌种的代谢作用，发酵富含碳水化合物的有机物质，制造氢气。目前国内外研究所使用的菌种分为温菌种(25 40C)、热菌种(40 65C)、耐热菌种(65 80C)、超热菌种( 80C)15等采用T2菌种作为蔗糖原料，在整个混合流反应器(CSTR)中氢气速度为3 .达到15 mmol

12、/(Lh)，氢气体积也为61 .高达5%。Xing等17ethanoligens Harbin ense yuan-3菌种，以葡萄糖为基础，在无菌条件的连续发酵过程中进行制氢实验，可获得的氢产量达到1.93 mol /mol。早在1995年，Tanisho等地使用聚氨酯泡沫等作为菌种附着的支柱，在连续发酵条件下使用糖浆作为发酵基质时，可获得的最大氢产量为3。5 mol /mol。许多研究结果表明，温菌种在癌症发酵产氢过程中实现高氢产量，可以缓解有机废水和生物质排放对环境的危害。2) 2种以上菌株参与浓发酵产氢由于纯菌用于制氢的过程受操作条件的限制，考虑到菌种间的协同作用，已知的两个以上的菌种可

13、以一起应用于氢气工艺18早在2002年，在Niel等极热的菌种Caldicellulosiruptor Saccharolyticus和Thermotoga elfii混合在岩发酵产氢阶段3)以厌氧活性污泥为代表的混合菌种黑暗发酵产氢厌氧活性污泥在缺氧或厌氧条件下具有一定活性，是含有复杂混合菌株的半固态或固体物质。利用泥浆的癌症发酵氢突破了利用纯菌种的限制，可以持续生产氢气，成本低，环境负荷小。发酵类型可分为乙酸、丁酸、乙醇型发酵等。通过控制体系的pH、酶活性、氧化还原电位，将发酵类型偏向于有利于制氢的乙醇型发酵，提高制氢过程的连续性，有利于工业化生产。国内外研究主要集中在泥浆的字典处理方式和

14、发酵体系优化两个茄子方面。不同的预处理方式对菌种的富集和筛选有作用，所得菌种的产氢特性也不同。对Cheong等19 5茄子预处理方法(酸、二溴乙烯利钠、湿热、干燥热和董洁熔融处理)进行了比较，研究结果表明，酸处理是制氢最有利的污泥处理方式。研究了REN等20 4茄子处理方法(热、酸、碱、重复曝气)对牙齿癌症发酵产氢类型的影响，结果表明，字典污泥(碱处理除外)在发酵时几乎完全抑制甲烷生产菌种的活性。经过重复曝气处理后，菌种发酵类型大部分是乙醇型发酵，最大氢产量为1.96 mol /mol。综合国内外研究结果，适当的发酵体系可以描述为： 30 35C，早期PH 5.5 6.5，氧化还原电位-100 -125MV，水力停留时间(HRT) 5 6H，C/。2.2光生物制氢技术1)光降解水生物制氢技术光海水生物制氢主要指绿藻和蓝细菌。指在厌氧照明条件下利用自己独特的氢酶系将水分解为氢和氧的过程。牙齿过程没有CO2的生产。产氢机制类似于绿色植物的光合作用机制，但释氢