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化石能源的使用在促进世界经济发展的同时也导致了严重的环境问题，如CO的过度排

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放导致全球气候变化和温室效应，SO的过度排放导致酸雨和臭氧层破坏，从而引起荒

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漠化加剧、生物多样性减少等环境问题。环境的破坏在很大程度上制约了人类经济社会

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的发展。世界各国都开展了针对新能源开发的研究和竞争，能源的供应和消费正在向

着清洁化、高效化、多元化、全球化和市场化的趋势发展。

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有研究者在19世纪便已发现细菌和藻类能够产生分子氢这一现象，但无进一步研

究。而20世纪70年代的能源危机使各国政府和科学家们意识到寻求能够替代化石能源的

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迫切性，于是便开始研究生物制氢领域。生物制氢领域的各种现代生物技术的应用，

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大大推进了生物制氢技术的进一步发展。相较于众多可再生能源，氢能以其清洁、高

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效、安全和可持续发展的特点，倍受关注。氢能还具有一些突出的优点：氢能的密度

高，是汽油的2.68倍；若将氢能转化为动力，其热效率要比常规石化能源高30%～60%，

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因此将其作为燃料电池的燃料，效率可高出一倍；还有一优势是：太阳能、风能、水

利、地热等都能转化为氢能；而且氢能便于存贮。但与煤炭、石油、天然气等天然化石

燃料不同的是，氢气不能直接从自然界获得，需通过水电解、光解、热解、生物制氢等

方式制得。传统水电解法制氢的原料来源非常广泛，通过提供电能将水分解制得氢气其

效率效率可达75%～85%，其工艺简单，不产生任何污染物质。但缺点是所需反应温度

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很高(1200℃)，消耗电能大，运作成本高，因此电水解法受到一定限制；光解水制氢

利用了微藻及蓝细菌，以水为原料，以太阳能为能源，通过光合作用及其特有的产氢酶

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系的作用，将水分解为氢气和氧气；以煤、石油及天然气等矿石燃料为原料制得氢气

是目前主要的制氢方法；热解制氢是通过外加高温使水进行化学分解反应来产生氢气的

方法。

生物制氢可利用有机废物为底物，降解了污染源，具有环保作用，同时节约了不可

再生能等优点，广受世界能源研究者的青睐。一般来说，生物制氢具有光合生物制氢和

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厌氧发酵制氢两种途径。相较厌氧发酵制氢而言光合生物制氢过程制氢转化效率较低，

因此厌氧发酵制氢是主要的生物制氢方式。

目前厌氧发酵制氢主要是利用厌氧产氢-产酸菌对有机废水进行发酵降解，将有机

质分解为有机酸(乙酸、丁酸等)和乙酸等产物，同时释放出发酵气体，即氢气和二氧化

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碳。产氢单元可作为两相厌氧生物处理工艺中的产酸相，使产酸相与产甲烷相得到分

离，提高了利用有机废水能力，且保证了厌氧生物处理系统地运行稳定性，从而提高了

产氢效能。利用有机废水生产氢能这一技术的研究开发及推广应用，不仅有利于保护环

境，回收能源，而且降低了成本，是一项集环境效益、经济效益和社会效益于一体的新

型环保产业，具有广阔的应用和发展前景。

首先葡萄糖在转化成两摩尔丙酮酸的过程中释出NADH及生成或消耗ATP，所释出的

NADH一方面被转化成能量以供细胞生长及活动所需，另一方面在代谢过程中或经氢酶

+

及铁氧化还原蛋白酶的作用下又被转回NAD并释出氢气产生生成的丙酮酸经反应转化

成乙酰辅酶A，释放出甲酸或二氧化碳