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生物制氫工業技術
更新時間:2019-1-14 15:56:16        【打印此頁】  【關閉

1 光解水制氫技術

光解水制氫是微藻及藍細菌以太陽能為能源,以水為原料,通過光合作用及其特有的產氫酶系,將水分解為氫氣和氧氣。此制氫過程不產生CO。藍細菌和綠藻均可光裂解水產生氫氣,但它們的產氫機制卻不相同。藍細菌的產氫分為兩類:一類是固氮酶催化產氫和氫酶催化產氫;另一類是綠藻在光照和厭氧條件下的產氫則由氧酶催化。 

2暗發酵制氫技術

暗發酵制氫是異養型厭氧細菌利用碳水化合物等有機物,通過暗發酵作用產生氫氣。近年來,采用工農業廢棄物若不經過處理直接排放,會對環境造成污染。以造紙工業廢水、發酵工業廢水、農業廢料(秸稈、牲畜糞便等)、食品工業廢液等為原料進行生物制氫,既可獲得潔凈的氫氣,又不另外消耗大量能源。在大多數的工業廢水和農業廢棄物中存在大量的葡萄糖、淀粉、纖維素等碳水化合物,淀粉等高分子化合物可降解為葡萄糖等單糖。葡萄糖是一種容易被利用的碳源。以含淀粉、纖維素、有機物的工農業廢料用厭氧暗發酵生產氫氣的過程見下圖。

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圖1:含淀粉、纖維素、有機物的工農業廢料用厭氧暗發酵生產氫氣的過程

3光發酵制氫技術

光發酵制氫是光合細菌利用有機物通過光發酵作用產生氫氣。有機廢水中含有大量可被光合細菌利用的有機物成份。近年來,利用牛糞廢水、精制糖廢水、豆制品廢水、乳制品廢水、 淀粉廢水、釀酒廢水等作底物進行光合細菌產氫的研究較多。光合細菌利用光能,催化有機物厭氧酵解產生的小分子有機酸、醇類物質為底物的正向自由能反應而產氫。利用有機廢水生產氫氣要解決污水的顏色(顏色深的污水減少光的穿透性)、污水中的銨鹽濃度(銨鹽能夠抑制固氮酶的活性從而減少氫氣的產生)等問題。若污水中COD值較高或含有一些有毒物質(如重金屬、多酚、PAH),在制氫必須經過預處理。 

4光發酵和暗發酵耦合制氫技術

光發酵和暗發酵耦合制氫技術,比單獨使用一種方法制氫具有很多優勢。將兩種發酵方法結合在一起,相互交替,相互利用,相互補充,可提高氫氣的產量。

總體上,生物制氫技術尚未完全成熟,在大規模應用之前尚需深入研究。目前的研究大多集中在純細菌和細胞固定化技術上,如產氫菌種的篩選及包埋劑的選擇等。在上述生物制氫方法中,發酵細菌的產氫速率最高,而且對條件要求最低,具有直接應用前景;而光合細菌產氫的速率比藻類快,能量利用率比發酵細菌高,且能將產氫與光能利用、有機物的去除有機地耦合在一起,因而相關研究也最多,也是具有潛在應用前景的一種方法。非光合生物可降解大分子物質產氫,光合細菌可利用多種低分子有機物光合產氫,而藍細菌和綠藻可光裂解水產氫,依據生態學規律將之有機結合的共產氫技術已引起人們的研究興趣。混合培養技術和新生物技術的應用,將使生物制氫技術更具有開發潛力。                             


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