木质纤维素生物转化氢气技术及前景.pdfVIP

第28卷第1期 太阳能学报 V01．28．No．1 2007年1月 ACIAENERGIAESOLAR玛SINICA J∞．，200r7 木质纤维素生物转化氢气技术及前景 宋佳秀，任南琪，邢德峰 (哈尔滨工业大学市政环境工程学院，哈尔滨150090) 摘要：根据国内外的研究现状，综述了木质纤维素生物转化为H2的技术原理及研究现状，包括纤维素的生物糖 化技术及微生物发酵法制取氢气技术，并介绍了相关的微生物和相关成果，对纤维素生物转化H2存在的问题进行 了探讨，对前景进行了展望。 关键词：木质纤维素；纤维素酶；厌氧发酵；生物制氢 中图分类号：X703．1 文献标识码：A 体中还含有植物残体中最难降解的木质素，因此天 O 引 吾 然纤维素的结晶性和木质化这两大特征，使人们将 生物制氢技术具有产生清洁能源和解决环境污 木质纤维素作为可再生原料直接转化为清洁燃料的 染问题的双重功效而日益受到研究者的重视，但是 期望受挫，纤维素水解之前必须进行预处理。 由于技术上的制约，至今仍无法获得廉价的氢气。 预处理的目的就是脱除木质素和半纤维素、降 寻求效率高、成本低的制氢技术是科技人员急待解 低纤维素的聚合度、提高后续酶水解速率、防止副产 决的问题。木质纤维素是一个巨大的可通过微生物 物阻碍后续水解和发酵过程。经过长期的实践应 发酵作用将其转化为能源的可再生糖类资源，降解 用，木质纤维原料的预处理效果已经得到肯定。目 各类纤维素以获得各种能源已经成为世界各国高度 前，木质纤维原料针对水解的预处理技术很多，包 关注的问题[1]。利用木质纤维素作为原材料最终获括：物理法，即通过机械粉碎或蒸汽爆破的方法破坏 取氢气是一个大胆而有创新精神的设想，它使获取 纤维素的晶体结构，进而增加后续水解时和酶的接 廉价氢气和实现产业化成为可能。 触面积；物理一化学法，就是将蒸汽爆破或机械粉碎 目前，木质纤维素转化为能源的主要的技术步 和化学药剂处理相结合；化学法，主要为稀酸处理法 骤涉及3个阶段，第一阶段：天然纤维素的预处理， 和碱处理法。此外，还有文献报道有臭氧法、有机溶 通常为非生物过程；第二阶段：纤维素原料转化为可 剂法和氧化法等，但这些方法因自身存在缺点很少 发酵糖；第三阶段：可发酵糖经微生物发酵作用转化 被采用bJ。物化法为目前常用的预处理法，经蒸汽 为清洁燃料(乙醇和H2)和能源(木糖醇、乳酸、甘油 爆裂处理后酶法水解效率可达90％，氨纤维爆裂法 等)。 效果也得到肯定，但二者的投资稍高。徐忠【40等用 粉碎结合氨处理大豆秸秆后，使大豆秸秆纤维素含 1纤维素的生物水解 量提高70．3％，提高了大豆秸秆的酶解产糖能力。 1．1纤维素的预处理 1．2纤维素酶及酶法糖化 纤维素是植物细胞壁的主要成分，为线性的D一 纤维素的生物糖化的实质就是利用微生物或微 吡喃葡萄糖基借l卜1，4糖苷键连接的没有分支的生物产生的各种酶的作用下将纤维素分解为单糖和 缩合物[2]，完全水解产物为葡萄糖。在植物纤维中， 多聚糖的过程。由于纤维素有许多同质异晶体，这 纤维素分子以氢键构成平行的微晶束，由于氢键数 种结构的复杂型可能诱导了纤维素酶的多样性。根 量很多，因此微晶束相当牢固。同时，天然的植物残 据这些酶的水解功能，纤维素酶被分为3大类bj：① 收稿日期：2005．06．15 基金项目：国家自然科学基金；国家9r73重点基础 研究发展计划项目(G