生物制氢1

生物制氢

生物制氢的方法：

2、高效发酵法生物制氢膨胀床设备

3、高效微生物制氢及氢能-电能转化一体化装置

4、利用农作物生物质制氢及氢能发电装置

5、从生物质制取富氢气体的方法和装置

6、利用再生资源制备乙炔气体的方法

7、串行流化床生物质气化制氢装置及方法

8、折流发酵制氢反应设备

9、一种利用污水厂剩余污泥厌氧发酵制氢的方法与装置

10、有机固态物质的连续式超临界水气化制氢方法与装置

11、植物秸秆生物制氢发酵液的制备方法

12、一种生物质制取含氢气体的方法

13、固体热载体催化气化生物质制取富氢气体的方法

14、天然混合厌氧产氢微生物的筛选方法

15、利用工业有机废水生物制氢的方法

16、使用汽爆植物秸秆发酵制备氢气的方法

17、一种海洋绿藻两步法生物光解水制氢方法

18、用农业固体废弃物生产氢气的方法

19、一种生物质下吸式气化炉催化制氢的方法及其装置

20、有机废水处理生物制氢方法与设备

21、一种生物制氢发酵液的制备方法

22、糖类、蛋白质、有机酸生物制氢发酵液的制备方法

23、用垃圾、生物质和水为原料的等离子体制氢方法及设备

生物制氢是可持续地从自然界中获取氢气的重要途径之一。现代生物制氢的研究始于20世纪70年代的能源危机，1990年代因为对温室效应的进一步认识，生物制氢作为可持续发展的工业技术再次引起人们重视。光解水制氢技术

光解水制氢是微藻及蓝细菌以太阳能为能源，以水为原料，通过光合作用及其特有的产氢酶系，将水分解为氢气和氧气。此制氢过程不产生CO2。蓝细菌和绿藻均可光裂解水产生氢气，但它们的产氢机制却不相同。蓝细菌的产氢分为两类：一类是固氮酶催化产氢和氢酶催化产氢；另一类是绿藻在光照和厌氧条件下

的产氢则由氢酶催化。

暗发酵制氢技术

暗发酵制氢是异养型厌氧细菌利用碳水化合物等有机物，通过暗发酵作用产生氢气。近年来，采用工农业废弃物若不经过处理直接排放，会对环境造成污染。以造纸工业废水、发酵工业废水、农业废料（秸秆、牲畜粪便等）、食品工业废液等为原料进行生物制氢，既可获得洁净的氢气，又不另外消耗大量能源。在大多数的工业废水和农业废弃物中存在大量的葡萄糖、淀粉、纤维素等碳水化合物，淀粉等高分子化合物可降解为葡萄糖等单糖。葡萄糖是一种容易被利用的碳源。以含淀粉、纤维素、有机物的工农业废料用厌氧暗发酵生产氢气的过程见下图。

光发酵制氢技术

光发酵制氢是光合细菌利用有机物通过光发酵作用产生氢气。有机废水中含有大量可被光合细菌利用的有机物成份。近年来，利用牛粪废水、精制糖废水、豆制品废水、乳制品废水、淀粉废水、酿酒废水等作底物进行光合细菌产氢的研究较多。光合细菌利用光能，催化有机物厌氧酵解产生的小分子有机酸、醇类物质为底物的正向自由能反应而产氢。利用有机废水生产氢气要解决污水的颜色（颜色深的污水减少光的穿透性）、污水中的铵盐浓度（铵盐能够抑制固氮酶的活性从而减少氢气的产生）等问题。若污水中COD 值较高或含有一些有毒物质（如重金属、多酚、PAH），在制氢必须经过预处理。

光发酵和暗发酵耦合制氢技术

光发酵和暗发酵耦合制氢技术，比单独使用一种方法制氢具有很多优势。将两种发酵方法结合在一起，相互交替，相互利用，相互补充，可提高氢气的产量。

方法的比较

总体上，生物制氢技术尚未完全成熟，在大规模应用之前尚需深入研究。目前的研究大多集中在纯细菌和细胞固定化技术上，如产氢菌种的筛选及包埋剂的选择等。在上述生物制氢方法中，发酵细菌的产氢速率最高，而且对条件要求最低，具有直接应用前景；而光合细菌产氢的速率比藻类快，能量利用率比发酵细菌高，且能将产氢与光能利用、有机物的去除有机地耦合在一起，因而相关研究也最多，也是具有潜在应用前景的一种方法。非光合生物可降解大分子物质产氢，光合细菌可利用多种低分子有机物光合产氢，而蓝细菌和绿藻可光裂解水产氢，依据生态学规律将之有机结合的共产氢技术已引起人们的研究兴趣。混合培养技术和新生物技术的应用，将使生物制氢技术更具有开发潜力。几种生物制氢方法的比较见下。

表1：几种生物制氢方法比较

已研究的产氢生物类群

已研究的产氢生物类群有光合生物（绿藻、蓝细菌和厌氧光合细菌）、非光合生物（严格厌氧细菌、兼性厌氧细菌和好氧细菌）等。

DCW为干细胞质量

表2：比较五类产氢生物及其产氢特点生物制氢技术的专利分析

通过对国际权威的德文特世界专利创新索引数据库（DII）1996～2006年度收录的专利文献，共检索到生物制氢专利文献673篇；利用TDA软件分析，在生物制氢技术领域，前10名专利权人均为日本的研究机构或企业。专利量最多的专利权人日本独立行政法人产业技术所，其专利主要为有机物质厌氧发酵制氢或合成气、生物质热分解制氢、生物质超临界转化制氢等技术领域。2000～02年的专利主要集中于发酵过程的机制、发酵原料的准备等；2002～04年的专利主要集中于有机废物的发酵、催化剂的选择等；2004年之后，其申请的专利涉及的技术日益多样化，出现了生物质热分解制氢、生物质超临界转化制氢等领域的专利。

目前存在问题及发展前景

1 如何筛选产氢率相对高的菌株、设计合理的产氢工艺来提高产氢效率。

无论是纯种还是混菌培养，提高关键菌株产氢效率都是最重要的工作。条件优化手段已经不能满足这一要求，需要运用分子生物学的手段对菌种进行改造，以达到高效产氢的目的。概括起来，菌种改造可以涉及到如下几个方面：

A.运用代谢工程手段等现代生物技术对产氢细菌进行改造的研究目前在生物制氢领域还没有展开，是很值得深入研究的方向。

B.对产氢过程关键酶——氢酶的改造。如同源、异源表达氢酶以强化产氢过程。除此之外，由于产氢细菌内的氢酶总类繁多，通过基因敲出的方法也是一个可行策略。此外，通过蛋白质工程手段对氢酶进行强化，包括增加其活性、耐氧性也都是可行策略。

C.扩大底物利用范围。不仅仅依赖于筛选能够降解不同底物的产氢菌株，通过基因工程手段在目标菌株中表达降解不同生物体高分子的酶，也是将来一个重要的手段。

2 高效制氢过程的开发。

近年来对于高效制氢过程、反应器设计进行了很多卓有成效的工作，但是对于其中的科学机理尚没有细致研究，仅依靠pH、水力停留时间、接种来实现过程的控制。今后一个重要的研究方向是打开制氢过程黑箱，研究不同菌间的相互作用关系，实现对过程的有效、智能控制。核心问题是不同细菌、不同菌群之间的代谢迁移机制。现代分子生物学的发展为研究这一问题提供了可能，目前已采用PCR-DGGE方法用语分析产氢污泥中的细菌分布，采用荧光原位杂交技术、荧光示踪技术分析菌群分布也将推动对这一问题的解析。目前的代谢网络构建往往只集中在单一细菌中，如何研究和有效利用菌群的代谢网络也将是一个重要的科学问题。除此之外，产氢反应器的放大也是一个重要问题。目前采用载体固定化策略的高效产氢反应器最大体积仅为3L，积极推动这类反应器在产业化规模的研究，将是未来一段时间制氢反应器的重要研究课题。

3 发酵细菌产氢的稳定性和连续性。

利用发酵型细菌产氢虽然在我国取得了长足的进步，但是产氢的稳定性和连续性问题一直是困扰产氢

工业化的一个很大障碍。科学家们正试图通过菌种固定化、酶固定化技术来解决。特别是在产氢酶的固定化技术这方面的突破，必将加速产氢的工业化进程。

4 混合细菌发酵产氢过程中彼此之间的抑制、发酵末端产物对细菌的反馈抑制等。

有机废水存在许多适合光合生物与发酵型细菌共同利用的底物，理论上可以实现在处理废水的同时利用光合细菌和发酵细菌共同制取氢气，来提高产氢的效率。但是，实际操作过程中发现，混合细菌发酵产氢过程中彼此之间的抑制、发酵末端产物对细菌的反馈抑制等现象的存在使得效果不明显甚至出现产氢效率偏低的问题。相信随着废水处理技术和现代微生物技术的进一步发展，这些问题将会得到解决。

研究资源丰富的海水以及工农业废弃物、城市污水、养殖厂废水等可再生资源，同时注重污染源为原料进行光合产氢的研究，既可降低生产成本又可净化环境。

制氢技术比较及分析报告

制氢技术综述&制氢技术路线选择 一、工业制氢技术综述 1.工业制氢方案 工业制氢方案很多，主要有以下几类： （1）化石燃料制氢：天然气制氢、煤炭制氢等。 （2）富氢气体制氢：合成氨生产尾气制氢、炼油厂回收富氢气体制氢、氯碱厂回收副产氢制氢、焦炉煤气中氢的回收利用等。 （3）甲醇制氢：甲醇分解制氢、甲醇水蒸汽重整制氢、甲醇部分氧化制氢、甲醇转化制氢。 （4）水解制氢：电解水、碱性电解、聚合电解质薄膜电解、高温电解、光电 解、生物光解、热化学水解。 （5）生物质制氢。 （6）生物制氢。 2.工业制氢方案对比选择 （1）煤炭制氢制取过程比天然气制氢复杂，得到的氢气成本也高。 （2）由于生物制氢、生物质制氢和富氢气体制氢等方法制取的氢气杂质含量高、纯度较低，不能达到GT等技术提供商的氢气纯度要求。 （3）国内多晶硅绝大多数都采用的是水电解制氢，只有中能用的是天然气制氢，而国外应用的更多是甲醇制氢，因此，我们重点选择以下三类方案进行对比： （A）天然气制氢 （B）甲醇制氢 （C）水电解制氢 3. 天然气制氢

（1）天然气部分氧化制氢因需要大量纯氧增加了昂贵的空分装置投资和制氧成本。 （2）天然气自热重整制氢由于自热重整反应器中强放热反应和强吸热反应分步进行，因此反应器仍需耐高温的不修锈钢管做反应器，这就使得天然气自热重整反应过程具有装置投资高，生产能力低的特点。 （3）天然气绝热转化制氢大部分原料反应本质为部分氧化反应。 （4）天然气高温裂解制氢其关键问题是，所产生的碳能够具有特定的重要

用途和广阔的市场前景。否则，若大量氢所副产的碳不能得到很好应用，必将限制其规模的扩大。 （5）天然气水蒸汽重整制氢，该工艺连续运行, 设备紧凑, 单系列能力较大, 原料费用较低。 因此选用天然气水蒸汽重整制氢进行方案对比。 4.甲醇制氢 （1）甲醇分解制氢，该反应是合成气制甲醇的逆反应，在低温时会产生少量的二甲醚。 （2）甲醇水蒸汽重整制氢，是甲醇制氢法中氢含量最高的反应。这种装置已经广泛使用于航空航天、精细化工、制药、小型石化、特种玻璃、特种钢铁等

生物质制氢发展和前景研究

生物质制氢发展和前景研究 作者袁超 学号 201206030121 摘要：氢气作为一种清洁无污染的新型能源越来越受到人们的关注。与传统制氢方法相比，生物制氢技术的能耗低，对环境无害，已经逐渐引起了人们的重视。 Abstract：Hydrogen as a clean pollution-free new energy more and more get the attention of people. Compared with the traditional hydrogen production methods, biological hydrogen production technology of low energy consumption, harmless to the environment, has gradually aroused people's attention 关键词；发酵；制氢；酶；影响因素；前景;生物制氢 前言:据估计，地球上每年生长的生物质总量约相当于目前世界总能耗的l0倍，我国年产农作物秸秆6亿多t，可利用生物质资源约30亿t。从资源本身的属性来说，生物质是能量和氢的双重载体，生物质自身的能量足以将其含有的氢分解出来，合理的工艺还可利用多余能量额外分解水，得到更多的氢。生物质能是低硫和二氧化碳零排放的洁净能源，可避免化石能源制氢过程对环境的污染，从源头上控制

二氧化碳排放。与传统制氢方法相比，生物制氢技术的能耗低，对环境无害[ 1 ]。该文章从生物质制氢的原理入手，综述了多种生物质制氢方法，并以生物质制氢为中心对生物利用进行讨论。 正文 1生物制氢的方法 1.1生物质催化气化制氢 生物质催化气化制氢是加入水蒸气的部分氧化反应，类似于煤炭气化的水煤气反应，得到含氢和较多一氧化碳的水煤气，然后进行变换反应使一氧化碳转变，最后分离氢气。由于生物质气化产生较多焦油，研究者在气化器后采用催化裂解的方法以降低焦油并提高燃气中氧含量，催化剂为镍基催化剂或较。为便宜的白云石、石灰石等。气化过程可采用空气或富氧空气与水蒸气一起作为气化剂，产品气主要是氢、一氧化碳和少量二氧化碳。气化介质不同，燃料气组成及焦油含量也不同。使用空气时由于氮的加入，使气化后燃气体积增大，增加了氢气分离的难度；使用富氧空气时需增加富氧空气制取设备[2]。Dernmirbas[3]认为含水质量分数在35％以下的生物质适合采用气化制氢技术。

生物制氢

生物制氢 环工1402 2014011315许江东 摘要：基于2H2+O2＝2H2O，氢气燃烧不产生CO2这种温室气体，所以氢气被称为清洁能源，具有广大的应用前景，导致制氢技术具有很高的研究价值。简要概述了生物制氢的几种方法，包括光发酵、暗发酵、两步发酵、光解水等技术，并在此基础上，探讨可能的突破方向。 关键字：生物制氢；光解水；光发酵；暗发酵；两步发酵 引言 如果把社会比作一台机器，那么能源就是这台机器必不可少的能量来源。现如今全球大部分的能源来自于化石燃料的燃烧，这不仅产生了大量的CO2等温室气体，还浪费了这种不可再生能源。氢气燃烧仅产生水，而且放热远大于碳水化合物。氢气燃烧的最高热值是122 kJ/g，比碳水化合物燃料高2.75倍【1】。在生物制氢之前，已经有了一些制氢技术。 ①水电解法:以铁为阴极面,镍为阳极面的串联电解槽(外形似压滤机)来电解苛性钾或苛性钠的水溶液,阳极产生02,阴极产生H2。该方法成本较高,在电解过程只有15%的电能最终被转化为氢能,高达85 %的电能得不到合理利用被白白地浪费掉。但产品纯度大,可直接生产99.7%以上纯度的氢气。目前工业用氢总量的4%来源于水电解法。 ②热化学法:这种方法采用高温热解进行制氢,水在3000 °C条件下会发生热化学反应,生成H2和02。该方法对温度的要求较高,因此设备和能源的要求和花费较大,虽然经过研究人员的不懈努力,现在已经将热解温度降低到1000°C,但是与其他方法相比依然成本过高消耗过大。 ③等离子化学法:以石油、煤、天然气与水蒸气等物质为原料进行一系列反应生成水煤气,然后将水煤气和水蒸气一起通过灼热的Fe203(氧化剂)后就会产生C02和H2,经过简单的气体分离和干燥技术即可得到氢气。 ④光电化学法:这是一种比较新的方法,主要原理就是利用一些半导体材料和电解质溶液使其组成光电化学电池,在阳光照射下通过电化学方法生产出H2的过程。 而生物制氢法是通过发酵微生物或光合微生物的作用,在适当的工程条件下

生物质气化制氢

生物质气化制氢 Hydrogen Production from Biomass Gasification 院系: 环境科学与工程学院 专业: 环境工程 姓名: 陈健 学号: M201373228 导师: 胡智泉副教授

2013 年 12 月

摘要 在人类面临严重的能源危机与环境污染的背景下，世界各国都在致力于对洁净能源氢的开发和研究，并取得了一定的研究成果。生物质气化制氢是一项富有前景的制氢技术，已引起了世界各国研究者的普遍关注。 本文重点讨论生物质催化气化制氢的基本原理和基本过程，阐述了氢气的净化分离方法，指出目前我国生物质气化制氢存在的问题和将来的研究方向。 关键词：生物质；气化；制氢。

Abstract In the context of humans face with a series of serious energy crisis and environmental pollution，the world are committed to developing and researching clean energy, and it has made some achievements. The prospective future of hydrogen from biomass gasification makes it a major concern all over the world. This article focuses on the basic principles and fundamental processes of hydrogen from biomass gasification, describes the purification and separation method of hydrogen, pointed out that at present China's biomass gasification problems and future research directions. Key words: Biomass; gasification; Hydrogen production.

生物质气化制氢

生物质气化制氢Hydrogen Production from Biomass Gasification 院系: 环境科学与工程学院 专业: 环境工程 姓名: 陈健 学号: M201373228 导师: 胡智泉副教授 2013 年12 月

摘要 在人类面临严重的能源危机与环境污染的背景下，世界各国都在致力于对洁净能源氢的开发和研究，并取得了一定的研究成果。生物质气化制氢是一项富有前景的制氢技术，已引起了世界各国研究者的普遍关注。 本文重点讨论生物质催化气化制氢的基本原理和基本过程，阐述了氢气的净化分离方法，指出目前我国生物质气化制氢存在的问题和将来的研究方向。 关键词：生物质；气化；制氢。

Abstract In the context of humans face with a series of serious energy crisis and environmental pollution，the world are committed to developing and researching clean energy, and it has made some achievements. The prospective future of hydrogen from biomass gasification makes it a major concern all over the world. This article focuses on the basic principles and fundamental processes of hydrogen from biomass gasification, describes the purification and separation method of hydrogen, pointed out that at present China's biomass gasification problems and future research directions. Key words: Biomass; gasification; Hydrogen production.

生物质油重整制氢

Energy Fuels2010,24,3251–3255:DOI:10.1021/ef1000634 Published on Web04/26/2010 Upgrading of Bio-oil by Catalytic Esterification and Determination of Acid Number for Evaluating Esterification Degree Jin-Jiang Wang,Jie Chang,*and Juan Fan South China University of Technology,No.381Wushan Road,Guangzhou510641,People’s Republic of China Received January20,2010.Revised Manuscript Received April11,2010 Bio-oil was upgraded by catalytic esterification over the selected catalysts of732-and NKC-9-type ion- exchange resins.The determination of the acid number by potentiometric titration was recommended by the authors to quantify the total content of organic acids in bio-oil and also to evaluate the esterification degree of bio-oil in the process of upgrading.We analyzed the measurement precision and calibrated the method of potentiometric titration.It was proven that this method is accurate for measuring the content of organic acids in bio-oil.After bio-oil was upgraded over732and NKC-9,acid numbers of bio-oil were lowered by88.54and85.95%,respectively,which represents the conversion of organic acids to neutral esters,the heating values increased by32.26and31.64%,and the moisture contents decreased by27.74and 30.87%,respectively.The accelerated aging test and aluminum strip corrosion test showed improvement of stability and corrosion property of bio-oil after upgrading,respectively. 1.Introduction Bio-oil,a liquid product from biomass fast pyrolysis,by virtue of its environmental friendliness and energy indepen-dence,is regarded as a promising energy source and receives more and more attention.1,2Nonetheless,the drawbacks, including high acidity,low heating value,high corrosiveness, high viscosity,and poor stability of bio-oil,limit its usage as a high-grade/transportation fuel.3-5Consequently,upgrad-ing of bio-oil before use is desirable to give a liquid product that can be used in a wider variety of applications.Catalytic esterification is widely studied for this https://www.wendangku.net/doc/e04806778.html,anic acids(formic acid,acetic acid,propionic acid,etc.)in bio-oils can be converted to their corresponding esters,and the quality of bio-oil will be greatly improved.Solid acid cata-lysts,solid base catalysts,6ionic liquid catalysts,7HZSM-5, and aluminum silicate catalysts8,9were investigated for esterification of bio-oils.Not only the liquid bio-oil but also the uncondensed bio-oil vapor can be esterified,and good results can be obtained.10Esterification was proven to occur by gas chromatography-mass spectrometry(GC-MS)or Fourier transform infrared(FITR)analysis.A GC-MS chromatogram or FITR spectrum can be used for qualitative analysis of the original and upgraded bio-oils;however, there is no quantitative method proposed for evaluating the esterification degree of bio-oils.Gas chromatography can be used to quantify the organic acids in bio-oils11-13 and to evaluate the esterification degree;however,the overlapping chromatographic peaks are difficult to discri-minate,and complicated pretreatment operations are often required. In this paper,we conducted the experiments of upgrading bio-oil by catalytic esterification over selected catalysts: 732-and NKC-9-type ion-exchange resins.Moreover,we developed a rapid method of acid number determination by potentiometric titration,which can be used to quantify the total amount of the organic weak acids in bio-oils and also to evaluate the esterification degree in the process of bio-oil upgrading.The acid number,which is expressed as milli-grams of sodium hydroxide per gram of sample in this paper (mg of NaOH/g),refers to the quantity of base required to titrate a sample in a specified solvent to a specified end point.We investigated the precision and accuracy of the method for quantifying the organic acids in bio-oils.The acid number was used as an important index for evalua-ting the follow-up upgrading process.The stability and *To whom correspondence should be addressed.Telephone:t86-20- 87112448.Fax:t86-20-87112448.E-mail:changjie@https://www.wendangku.net/doc/e04806778.html,. (1)Czernik,S.;Bridgwater,A.V.Overview of applications of bio- mass fast pyrolysis oil.Energy Fuels2004,18,590–598. (2)Huber,G.W.;Iborra,S.;Corma,A.Synthesis of transportation fuels from biomass:Chemistry,catalysts,and engineering.Chem.Rev. 2006,106,4044–4098. (3)Bridgwater,A.V.;Peacocke,G.V.C.Fast pyrolysis processes for biomass.Renewable Sustainable Energy Rev.2000,4,1–73. (4)Mohan,D.;Pittman,C.U.;Steele,P.H.Pyrolysis of wood/ biomass for bio-oil:A critical review.Energy Fuels2006,20,848–889. (5)Oasmaa,A.;Czernik,S.Fuel oil quality of biomass pyrolysis oils;State of the art for the end user.Energy Fuels1999,13,914–921. (6)Zhang,Q.;Chang,J.;Wang,T.J.;Xu,Y.Upgrading bio-oil over different solid catalysts.Energy Fuels2006,20,2717–2720. (7)Xiong,W.M.;Zhu,M.Z.;Deng,L.;Fu,Y.;Guo,Q.X. Esterification of organic acid in bio-oil using acidic ionic liquid catalysts. Energy Fuels2009,23,2278–2283. (8)Peng,J.;Chen,P.;Lou,H.;Zheng,X.Catalytic upgrading of bio-oil by HZSM-5in sub-and super-critical ethanol.Bioresour.Technol. 2009,100,3415–3418. (9)Peng,J.;Chen,P.;Lou,H.;Zheng,X.M.Upgrading of bio-oil over aluminum silicate in supercritical ethanol.Energy Fuels2008,22, 3489–3492. (10)Hilten,R.N.;Bibens,B.P.;Kastner,J.R.;Das,K.C.In-line esterification of pyrolysis vapor with ethanol improves bio-oil quality. Energy Fuels2010,24,673–682. (11)Branca,C.;Giudicianni,P.;Di Blasi,C.GC/MS characterization of liquids generated from low-temperature pyrolysis of wood.Ind.Eng. Chem.Res.2003,42,3190–3202. (12)Oasmaa,A.;Meier,D.Norms and standards for fast pyrolysis liquids;1.Round robin test.J.Anal.Appl.Pyrolysis2005,73,323–334. (13)Sipila,K.;Kuoppala,E.;Fagernas,L.;Oasmaa,A.Character-ization of biomass-based flash pyrolysis oils.Biomass Bioenergy1998, 14,103–113.

浅谈生物制氢的现状与发展趋势

浅谈生物制氢的现状与发展趋势 黄宇 （江苏大学环境与安全工程系，镇江 212000） 摘要: 氢是一种理想的能源，具有清洁、可再生的优点。由于生物制氢技术具有无污染、可再生、成本低等优点，受到国内外广泛的关注，在新能源的研究利用中占有日趋重要的位置。本文综述了国内外各种生物制氢技术的产生背景、制氢原理和应用现状，总结了该技术的研究现状和存在的障碍，探讨生物制氢技术的发展前景。 关键词 : 生物制氢制氢原理研究进展发展前景 Abstract: Hydrogen is an ideal energy, which has the advantages of clean, renewable. Due to the biological hydrogen production technology has the advantages of no pollution, renewable, low cost, it has been widely concerned both at home and abroad, and becoming more and more important position the research of new energy utilization. This paper reviewed the biological hydrogen production technology of the background, principle and application status of hydrogen production at home and abroad, summarizes the research progress of the technology and the obstacles, and discusses the prospect of hydrogen production by biological technology. Key words :Biological hydrogen production;The principle of hydrogen production; Research status; Prospects 引言 随着人类社会的不断进步和工业化程度的加深，经济发展对能源的需求量日益增加。作为主要能源的化石燃料，如石油、煤炭、天然气贮存量不断减少，化石燃料消耗必然面临危机。从目前探明的石油储量来看,世界石油开采乐观的看有100多年, 悲观地讲只有 30～5

生物制氢研究进展_产氢机理与研究动态

2006年第25卷第9期 CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS ·1001· 化工进展 生物制氢研究进展(Ⅰ) 产氢机理与研究动态 柯水洲，马晶伟 （湖南大学土木工程学院水科学与工程系，湖南长沙 410082） 摘要：阐述了7类生物制氢系统的产氢机理、影响因素以及提高产氢率和产氢量的方法，介绍了国外最新的研究进展。光发酵生物制氢技术和厌氧发酵生物制氢技术是研究的热点，而厌氧发酵由于产氢效率较高而成为最具潜力的生物制氢技术之一。光合–发酵杂交技术不仅减少了所需光能，而且增加了氢气产量，同时也彻底降解了有机物，使该技术成为生物制氢技术的发展方向。 关键词：生物制氢；光发酵；厌氧发酵 中图分类号：Q 939.9；TK 91 文献标识码：A 文章编号：1000–6613（2006）09–1001–06 Progress of biological hydrogen production(Ⅰ) Mechanism and development KE Shuizhou，MA Jingwei (Department of Water Engineering and Science，School of Civil Engineering，Hunan University， Changsha 410082，Hunan，China) Abstract：This paper presents seven types of biological hydrogen production systems and the mechanism，affecting factors，methods of enhancement of hydrogen production as well as research progress. The recent studies are focused on photo fermentation and anaerobic fermentation technology. Anaerobic fermentation systems have the great potential to be developed as practical biological hydrogen systems due to its high hydrogen yield. A hybrid system using photosynthesis and fermentative bacteria can enhance the hydrogen production and reduce the need for light. The process will be the future direction of biological hydrogen production. Key words：biological hydrogen production；photo fermentation；anaerobic fermentation 目前全世界所需要的80%的能源都来自于化石燃料，但其储量有限，且趋于枯竭。化石燃料燃烧时生成CO x、SO x、NO x、C x H x、烟雾、灰尘、焦油和其他有机化合物，造成了严重的环境污染并使全球气候发生变化[1]。为了缓解能源危机和环境问题，氢气将是最佳的替代能源。 氢是一种清洁的新型能源，不含碳、硫及其他的有害杂质，和氧燃烧时只生成水，不会产生CO x、SO x和致癌物质，大大地减轻了对环境的污染，保护了自然界的生态平衡。氢除了具有化石燃料的各种优点外，还有它独特的优点，即：可储存性、可运输性好；不仅是所有已知能源中能量密度最大的燃料（122 kJ·g– 1），还可作为其他初级能源（如核能、太阳能）的中间载能体使用；转换灵活，使用方便，清洁卫生[2]。氢能是一种可再生的永久性清洁能源，符合人类长远发展的需要。因此，从20世纪70年代起，世界各国就对氢能的开发研究十分重视。 用氢制成燃料电池可直接发电，也可采用燃料电池和氢气–蒸汽联合循环发电，其能量转换效率大大高于现有的火力发电。除了作为能源，氢气还有着其他广泛的用途，如用于氢化工艺中生产低分子量饱和化合物，生产氨、盐酸和甲醇，提炼金属矿，作为防腐防氧化的除氧剂、火箭发动机的燃料、发电机的制 收稿日期2006–02–27；修改稿日期 2006–04–03。 第一作者简介柯水洲 (1964—)，男，博士，教授，主要从事研究水 处理工程。E–mail szkyr@https://www.wendangku.net/doc/e04806778.html,。

生物质制氢研究概述

龙源期刊网 https://www.wendangku.net/doc/e04806778.html, 生物质制氢研究概述 作者：吕勇王可王艳 来源：《硅谷》2013年第13期 摘要近年来随着化石能源的短缺，新型清洁能源氢十分受到人们的关注，生物制氢被积极探索，具有良好的发展前景。本文介绍了生物制氢的方法和研究进展，并提出了存在的问题和将来的研究方向。 关键词氢能；生物质气化制氢法；生物质微生物制氢法 中图分类号：TQ116.2 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2013）13-0004-02 化石能源的使用造成了诸多环境问题，氢气作为一种理想的新能源受到重视。氢气本身是可再生的，燃烧时只生成水，无任何污染物产生，实现真正的“零排放”。如今对氢能开发和利用技术的研究已取得相关进展但还需更深入的探索。 我们经常采用水电解法、水煤气转化法来制取氢气。国内外广泛采用的制氢方法是水解法，在标准状况下电解制取1 m3氢气消耗电能4.5 kW/h～6.0 kW/h另外在电解过程中还需配套纯水制备系统和碱液配制使用设备，这样会使氢气的生产成本较高。 生物质制氢是研究的热点，有两种类型的方法：方法一是生物质气化法；方法二是生物质微生物制氢法，包括发酵细菌产氢、光合生物产氢、光合生物与发酵细菌的混合培养产氢。此文主要讲生物质制氢的方法和相关进展。 1 生物质热化学转化法制氢 1.1 生物质催化气化制氢 生物质催化气化法制氢是一种使加入的水蒸气发生一部分的氧化反应，产物是水煤气并混有氢和一氧化碳，然后继续进行反应使一氧化碳转变，最终获得氢气。Dernjrbas认为含水质 量分数在35%以下的生物质可用气化制氢。 1.2 生物质热裂解制氢 生物质热裂解制氢是使生物质分解为可燃气体和烃类的一种制氢方法，我们可以对生物质进行间接加热使其裂解，裂解后我们还要让产物进行二次反应，这样可以获得更多的氢气，反应结束后我们得到的是混合气体需进行分离。 1.3 生物质超临界转换制氢

生物制氢

生物制氢 生物制氢的方法： 1、生物发酵制氢装置 2、高效发酵法生物制氢膨胀床设备 3、高效微生物制氢及氢能-电能转化一体化装置 4、利用农作物生物质制氢及氢能发电装置 5、从生物质制取富氢气体的方法和装置 6、利用再生资源制备乙炔气体的方法 7、串行流化床生物质气化制氢装置及方法 8、折流发酵制氢反应设备 9、一种利用污水厂剩余污泥厌氧发酵制氢的方法与装置 10、有机固态物质的连续式超临界水气化制氢方法与装置 11、植物秸秆生物制氢发酵液的制备方法 12、一种生物质制取含氢气体的方法 13、固体热载体催化气化生物质制取富氢气体的方法 14、天然混合厌氧产氢微生物的筛选方法 15、利用工业有机废水生物制氢的方法 16、使用汽爆植物秸秆发酵制备氢气的方法 17、一种海洋绿藻两步法生物光解水制氢方法 18、用农业固体废弃物生产氢气的方法 19、一种生物质下吸式气化炉催化制氢的方法及其装置 20、有机废水处理生物制氢方法与设备 21、一种生物制氢发酵液的制备方法 22、糖类、蛋白质、有机酸生物制氢发酵液的制备方法 23、用垃圾、生物质和水为原料的等离子体制氢方法及设备 生物制氢是可持续地从自然界中获取氢气的重要途径之一。现代生物制氢的研究始于20世纪70年代的能源危机，1990年代因为对温室效应的进一步认识，生物制氢作为可持续发展的工业技术再次引起人们重视。光解水制氢技术 光解水制氢是微藻及蓝细菌以太阳能为能源，以水为原料，通过光合作用及其特有的产氢酶系，将水分解为氢气和氧气。此制氢过程不产生CO2。蓝细菌和绿藻均可光裂解水产生氢气，但它们的产氢机制却不相

同。蓝细菌的产氢分为两类：一类是固氮酶催化产氢和氢酶催化产氢；另一类是绿藻在光照和厌氧条件下的产氢则由氢酶催化。 暗发酵制氢技术 暗发酵制氢是异养型厌氧细菌利用碳水化合物等有机物，通过暗发酵作用产生氢气。近年来，采用工农业废弃物若不经过处理直接排放，会对环境造成污染。以造纸工业废水、发酵工业废水、农业废料（秸秆、牲畜粪便等）、食品工业废液等为原料进行生物制氢，既可获得洁净的氢气，又不另外消耗大量能源。在大多数的工业废水和农业废弃物中存在大量的葡萄糖、淀粉、纤维素等碳水化合物，淀粉等高分子化合物可降解为葡萄糖等单糖。葡萄糖是一种容易被利用的碳源。以含淀粉、纤维素、有机物的工农业废料用厌氧暗发酵生产氢气的过程见下图。 光发酵制氢技术 光发酵制氢是光合细菌利用有机物通过光发酵作用产生氢气。有机废水中含有大量可被光合细菌利用的有机物成份。近年来，利用牛粪废水、精制糖废水、豆制品废水、乳制品废水、淀粉废水、酿酒废水等作底物进行光合细菌产氢的研究较多。光合细菌利用光能，催化有机物厌氧酵解产生的小分子有机酸、醇类物质为底物的正向自由能反应而产氢。利用有机废水生产氢气要解决污水的颜色（颜色深的污水减少光的穿透性）、污水中的铵盐浓度（铵盐能够抑制固氮酶的活性从而减少氢气的产生）等问题。若污水中COD 值较高或含有一些有毒物质（如重金属、多酚、PAH），在制氢必须经过预处理。 光发酵和暗发酵耦合制氢技术 光发酵和暗发酵耦合制氢技术，比单独使用一种方法制氢具有很多优势。将两种发酵方法结合在一起，相互交替，相互利用，相互补充，可提高氢气的产量。 方法的比较 总体上，生物制氢技术尚未完全成熟，在大规模应用之前尚需深入研究。目前的研究大多集中在纯细菌和细胞固定化技术上，如产氢菌种的筛选及包埋剂的选择等。在上述生物制氢方法中，发酵细菌的产氢速率最高，而且对条件要求最低，具有直接应用前景；而光合细菌产氢的速率比藻类快，能量利用率比发酵细菌高，且能将产氢与光能利用、有机物的去除有机地耦合在一起，因而相关研究也最多，也是具有潜在应用前景的一种方法。非光合生物可降解大分子物质产氢，光合细菌可利用多种低分子有机物光合产氢，而蓝细菌和绿藻可光裂解水产氢，依据生态学规律将之有机结合的共产氢技术已引起人们的研究兴趣。混合培养技术和新生物技术的应用，将使生物制氢技术更具有开发潜力。几种生物制氢方法的比较见下。

生物制氢技术的原理和发展现状

可再生能源实验设计论文题目生物制氢技术的原理和发展现状 学院机电工程学院 专业农业生物环境与能源工程 学生姓名×× 学号××××× 指导老师×××× 撰写时间： 20××年×月×日

生物制氢技术的原理和发展现状 摘要：介绍了生物制氢的基本原理、三种生物制氢的基本方法，并对这三种方法进行了比较；简要介绍了生物制氢技术的国内外发展历程；最后总结了生物制氢技术研究方向，指出了光合生物制氢是最具发展前景的生物制氢方法。 关键词：氢气、生物制氢、光合生物、实验设计 1．前言 随着能源短缺以及能源使用过程产生的环境污染问题的日益严重，人类面临着寻求绿色、新能源的巨大难题。氢能具有清洁、高效、可再生的特点，是一种最具发展潜力的化石燃料替代能源。与传统的热化学和电化学制氢技术相比，生物制氢具有低能耗、少污染等优势。生物制氢技术的发展在新能源的研究利用中日趋受到人们的关注。本文主要介绍了生物制氢的基本原理、生物制氢的三种方法和此技术的研究发展现状及实验设计。 2．生物制氢技术的基本原理与方法 制氢的方法包括化石能源制氢、电解水制氢、生物制氢、热解制氢等[1]。其中，生物制氢具有节能、清洁、原料来源丰富、反应条件温和、能耗低和不消耗矿物资源等优点[2,3]。 广义地讲，生物制氢是指所有利用生物产生氢气的方法，包括微生物产氢和生物质气化热解产氢等[4,5]。狭义地讲，生物制氢仅指微生物产氢，包括光合细菌（或藻类）产氢和厌氧细菌发酵产氢等[2,6,7,8,9]。本文只讨论狭义上理解的生物制氢，这也是利用生物制氢的主要研究方向[3,6]。 迄今为止一般采用的方法有：光合生物产氢，发酵细菌产氢，光合生物与发酵细菌的混合培养产氢。各种生物制氢方法有不同的特点[10]。 2.1下面简要介绍下生物制氢的三种方法 1）光合生物产氢利用光合细菌或微藻将太阳能转化为氢能[8,11]。目前研究多的产氢光合生物主要有蓝绿藻、深红红螺菌、红假单胞菌、类球红细菌、夹膜红假单胞菌等[6,17]。 蓝藻与绿藻在厌氧条件下，通过光合作用分解水产生氧气和氢气，它们的作用机理与绿色植物的光合作用机理相似。作用机理见图1[13]，这一光合系统中,

生物制氢1

生物制氢 生物制氢的方法： 2、高效发酵法生物制氢膨胀床设备 3、高效微生物制氢及氢能-电能转化一体化装置 4、利用农作物生物质制氢及氢能发电装置 5、从生物质制取富氢气体的方法和装置 6、利用再生资源制备乙炔气体的方法 7、串行流化床生物质气化制氢装置及方法 8、折流发酵制氢反应设备 9、一种利用污水厂剩余污泥厌氧发酵制氢的方法与装置 10、有机固态物质的连续式超临界水气化制氢方法与装置 11、植物秸秆生物制氢发酵液的制备方法 12、一种生物质制取含氢气体的方法 13、固体热载体催化气化生物质制取富氢气体的方法 14、天然混合厌氧产氢微生物的筛选方法 15、利用工业有机废水生物制氢的方法 16、使用汽爆植物秸秆发酵制备氢气的方法 17、一种海洋绿藻两步法生物光解水制氢方法 18、用农业固体废弃物生产氢气的方法 19、一种生物质下吸式气化炉催化制氢的方法及其装置 20、有机废水处理生物制氢方法与设备 21、一种生物制氢发酵液的制备方法 22、糖类、蛋白质、有机酸生物制氢发酵液的制备方法 23、用垃圾、生物质和水为原料的等离子体制氢方法及设备 生物制氢是可持续地从自然界中获取氢气的重要途径之一。现代生物制氢的研究始于20世纪70年代的能源危机，1990年代因为对温室效应的进一步认识，生物制氢作为可持续发展的工业技术再次引起人们重视。光解水制氢技术 光解水制氢是微藻及蓝细菌以太阳能为能源，以水为原料，通过光合作用及其特有的产氢酶系，将水分解为氢气和氧气。此制氢过程不产生CO2。蓝细菌和绿藻均可光裂解水产生氢气，但它们的产氢机制却不相同。蓝细菌的产氢分为两类：一类是固氮酶催化产氢和氢酶催化产氢；另一类是绿藻在光照和厌氧条件下

玉米秸秆生物制氢

厌氧发酵生物制氢 我国是一个农业大国，其中农作物的耕种面积居世界第一，而秸秆则是农作物生产系统中一项重要的生物质资源。据统计我国每年产生的秸秆大约有10亿吨，且随着农村经济的发展和科技的进步，农作物秸秆产量将随着粮食产量的增加而逐年递增。表1是我国主要农作物秸秆的资源量情况： 表一2003年中国主要农作物秸秆资源量 从表l可以看到，我国的农作物秸秆主要有三种:稻草、玉米秸秆和麦秆。这三种秸秆产量丰富，占到了秸秆总量的75.63%。其中稻草秸秆的产量最大，其次是玉米秸秆。 目前我国农作物秸秆的利用途径主要有以下几类:1用作肥料;2用作饲料;3用作工业原料;4用作农村生活燃料能源;5田间直接焚烧或弃置堆放。其中用作牲畜饲料和农村生活燃料是秸秆利用的两个主要方面，分别占到秸秆总资源的31%和45%。 近年来，我国农作物秸秆的利用率呈下降趋势，大量的秸秆因无法很好的利用而越 来越多的被露天燃烧，这严重的污染环境并带来了一些社会问题。露天燃烧秸秆会导致大量温室气体-CO2的排放，污染空气，加重了气候变暖，还可能因为焚烧不当而引起火灾。并且秸秆弃置堆放也会破坏农村的生活居住环境。 为了解决上述这些问题，现阶段己开发了秸秆利用的新途径。例如，通过厌氧发酵技术把农作物秸秆转化成清洁的可燃气体，如氢气等，就是其中一个非常可行的利用途径。 一、秸秆厌氧发酵处理的可行性 秸秆是众多有机物中的一种，通过厌氧发酵处理后可产生生物气体，既被充分利用又避免了对环境产生污染，充分发挥了秸秆的资源作用。厌氧发酵具有以下优点: ①发酵过程中产生了清洁的能源气体，如氢气等; ②废弃物经厌氧发酵后剩余残渣中的有机物含量减少了，有利于土壤中的微生物对其进行分解; ③在厌氧发酵过程中一些病原微生物会被消灭，而同时含有的N、P、K等成分几乎能被保留; ④一部分有机氮被水解成氨态氮，使肥分中的速效氮增加; ⑤厌氧发酵过程不会产生其他的副产物，并且秸秆的成分可以为厌氧细菌提供生存的营养物质; 但是，厌氧发酵也存在一些不可避免的缺点，例如:厌氧发酵微生物容易受一些外来因素的影响，使得厌氧发酵系统启动较慢;由于部分有机物的分解，尾料中存在有硫元素或氮元素，反应会产生硫化氢或氨气等臭气。对于这些缺点，我们通过改变实验条件和工艺参数基本上可以避免。因此，采用厌氧发酵技术处理秸秆既经济又环保，有着广泛的应用前景。 二、秸秆厌氧发酵处理的反应过程 厌氧发酵制氢是在厌氧条件下利用产氢微生物代谢有机物产生氢气的过程。能够利用有机物产氢的细菌有专性厌氧细菌和兼性厌氧细菌，如丁酸梭状芽抱杆菌、大肠埃希式杆菌、产气肠杆菌、褐球固氮菌和根瘤菌等。产氢微生物也能够利用多种底物产生氢气，如葡萄糖、