生物制氢过程的运用、前景和发展方向PPT.ppt

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 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. 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 总反应式为： 12H2O + 6CO2 Light energy C6H12O6 +6O2 C6H12O6 + 12H2O Light energy 12H2 +6CO2 代表性菌（藻）株： 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; 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) (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； （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 1.0 kW (mmol H2 (l × h)) FC(l) Direct photolysis 0.07 3.41*105 Indirect photolysis 0.355 6.73*104 Photo-fermentation 0.16 1.49*105 CO-oxidation 96.0 2.49*102 Dark fermentations Mesophilic,unde