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生物制氢的研究进展

氢气是高效、清洁、可再生的能源，在全球能源系统的持续发展中将起到显著作用，并将对全球生态环境产生巨

大的影响。氢本身是可再生的，在燃烧时只生成水，不产生任何污染物，甚至也不产生COZ，可以实现真正的“零排放”。

此外，氢与其它含能物质相比，还具有一系列突出的优点。氢的能量密度高，是普通汽油的2.68倍；用于贮电时，其技

术经济性能目前已有可能超过其它各类贮电技术；将氢转换为动力，热效率比常规化石燃料高30－60％，如作为燃料电

池的燃料，效率可高出一倍；氢适于管道运输，可以和天然气输送系统共用；在各种能源中，氢的输送成本最低，损失

最小，优于输电。氢与燃料电池相结合可提供一种高效、清洁、无传动部件、无噪声的发电技术。小型的低温固体离子

交换膜燃料电池可用在汽车和火车机车上；氢也能直接作为发动机的燃料，日本已开发了几种型号的轻能车。预计到21

世纪初，燃氢发动机将在汽车、机车、飞机等交通工具的应用中实现商业化。氢能作为“二次能源”，国际上的氢能制

备来自于矿石燃料、生物质和水工艺主要有电解制氢、热解制氢、光化制氢、放射能水解制氢、等离子电化学法制氢和

生物制氢等。在这些方法中，90％都是通过天然的碳氢化合物一天然气、煤、石油产品中提取出来的。除了生物制氢技

术外，其它的制氢技术都要消耗大量的化石能源，而且也要在生产过程中造成环境污染，所以采用生物制氮技术，减少

环境污染，节约不可再生能源，可能成为未来能源制备技术的主要发展方向之一。

1、生物制氢技术的发展早在19世纪，人们就已经认识到细菌和藻类具有产生分子氢的特性。20世纪70年

代的石油危机使各国政府和科学家意识到急需寻求替代能源，生物制氢第一次被认为具有实用的可能，自此，人们才从

获取氢能的角度进行各种生物氢来源和产氢技术的研究。当今世界所面临的能源与环境的双重压力，使生物制氢研究再

度兴起。各种现代生物技术在生物产氢领域的应用，大大推进了生物制氢技术的发展。在生物制氢研究领域，人们以碳

水化合物为供氢体，利用纯的光合细菌或厌氧细菌制备氢气，并先后用一些微生物载体或包埋剂，细菌固定化的一系列

反应器系统进行了研究。直到20世纪90年后期，人们直接以厌氧活性污泥作为天然产气微生物，以碳水化合物为供氢

体，通过厌氧发酵成功制备出生物氢气，因而使生物制取成本大大降低，并使生物制氢技术在走向实用化方面有了实质

性的进展。任南琪等以厌氧活性污泥为菌种来源，以废糖蜜为原料，采用两相厌氧反应器制备出氢气，开创了利用非固

定化菌种进行生物制氢的新途径，由于此技术采用的是混合菌种，在运行中方便操作和管理，大大提高了生物制氢技术

工业化的可行性，也成为国际上近来生物制氢技术研究的热点。樊耀亭等以牛粪堆肥作为天然混合产氢菌来源，以蔗糖

和淀粉为底物，通过厌氧发酵制备了生物氢气。

2、生物制氢的微生物种类及方式迄今为止，已研究报道的产氢生物类群包括了光合生物（厌氧光合细菌、蓝细菌和绿

藻X非光合生物（严格厌氧细菌、兼性厌氧细菌和好氧细菌）和古细菌类群。2.1蓝细菌和绿藻该类生物可利用体

内巧妙的光合机构转化太阳能为氢能，故其产氢研究远较非光合生物深人。二者均可光裂解水产生氢气，但放氢机制

却不相同。Gaffron就报道了珊藻（Scenedesmus）可光裂解水产氢。1974年，Benemann观察到柱抱鱼腥藻

（Anabaenacylndrica，异形胞种类）可光解水产生H2和O2，氢释放量在氮气相中最高。光裂解水产氢是理想制氢途

径，但蓝细菌和绿藻作为产氢来源似乎并不合适，因为在光合放氢同时，伴随氧的释放，除产氢效率较低外，如何解

决放氢酶遇氧失活是该技术应解决的关键问题。采用连续不断地提供氩气以维持较低氧分压和光照黑暗交替循环方法

用于实验研究尚可，但较难实用化。美国M＊等通过“剥夺”莱因绿藻（Chl。mydomon。einh。dtit）培养物中的硫

以使这种藻类的CO。固定和放氧过程与碳消耗和产氢过程分离开来，这样细胞在光下就可以进行光呼吸好氧造成厌

氧环境以使氢酶产氢顺利进行，但改造后的这种绿藻产氢量只达到理论值的15％2.2厌氧光合细菌与蓝细菌和绿藻

相比，其厌氧光合放氢过程不产氧，故工艺简单。再者，产氢纯度和产氢效率高。自从Gest首次证明光合细菌可利

用有机物光合放氢以来，大量的生理生化研究主要用于揭示这种光合放氢机制。日本、美国、欧洲等国家对之