上傳人：奔***

認證信息

認證類型：個人認證

認證主體：常**（實名認證）

IP屬地：河北

IP屬地：河北 更新時間：2024-03-07 格式：doc 頁數(shù)：7 大?。?6.50KB 人氣指數(shù)：12 舉報 版權(quán)申訴

1、摘要：清潔的氫能是最有發(fā)展前景的替代能源之一，利用生物質(zhì)資源的生物制氫成為氫能發(fā)展的必然趨勢。文章介紹了生物制氫技術(shù)原理、特征、現(xiàn)狀、障礙以及發(fā)展?jié)摿ΓC述了目前主要的生物制氫技術(shù)進展概況，指出了光合細菌生物制氫技術(shù)具有顯著優(yōu)勢，產(chǎn)氫潛力明顯超過藻類制氫和厭氧發(fā)酵制氫等技術(shù)，是未來生物制氫技術(shù)發(fā)展的主導(dǎo)方向之一。關(guān)鍵詞：氫能；生物制氫；光合細菌；厭氧細菌；光解水；現(xiàn)狀A(yù)bstract：Cleanhydrogenenergyisoneof

2、themostperspectivereplaceableenergyresourceshydrogengenerationbyusingbiomassresourcesbecomesaninexabletrendfhydrogenenergydevelopment.Thetechnologicalprincipleacteristicspresentsituationobstacledevelopingpotentialfgenera

3、tinghydrogenenergyfrombiomassresourceswereintroduced.Thecurrentadvancesinmainbiologicalhydrogengeneratingtechnologieswerereviewed.Thehydrogengeneratingtechnologyusingphotosyntheticbacteriaisremarkablyadvantageousinhydrog

4、engeneratingproductivityoverothertechnologiesincludinghydrogenproductionfromaquaticplantshydrogenproductionthroughanaerobicfermentation.Thehydrogengeneratingtechnologyusingphotosyntheticbacteriawillbeoneofthedominatingde

5、velopmenttechnologiesfhydrogengenerationinthefuture.Keywds：Hydrogenenergybiologicalhydrogengenerationphotosyntheticbacteriaanaerobicbacteriaphotohydrolysis；statusquo能源短缺和環(huán)境污染是當前社會經(jīng)濟發(fā)展所面臨的主要問題。自工業(yè)革命以來，以煤炭、石油、天然氣為代表的化石能源時代

6、逐步取代了過去以木材、秸稈為主的木質(zhì)能源時代。近年來，世界經(jīng)濟的快速發(fā)展帶來了對世界能源需求量的飛速增加。來自BP公司最新的報告顯示，1973年世界一次能源消費量僅為57.3億t石油當量，2002、2003、2005年分別達到94.05、97.4、102.24億t石油當量，而2006年同比增長了2.7%。BP公司預(yù)測，按照目前開采量計算，全世界石油儲藏量只能開采40年，天然氣為65年，煤炭162年[1]。能源短缺成為限制世界經(jīng)濟發(fā)展的重

7、要影響因素。尤其是20世紀70年代和80年代兩次能源危機以來，解決能源短缺，確保國家能源供給安全已成為各國政府考慮的首要因素，由此帶來的利益爭奪也成為當今世界部分地區(qū)動蕩的主要因素[2]。化石能源的使用在促進世界經(jīng)濟發(fā)展的同時也帶來了嚴重的環(huán)境問題，由化石能源過度使用所帶來的全球氣候變化、酸雨、臭氧層破壞、荒漠化加劇、生物多樣性減少已占據(jù)21世紀世界所面臨十大主要問題中的5個[2]。因此，尋求可再生的清潔能源成為各國政府的重要課題。氫能

8、因其清潔、能量密度高、制取方法多樣、原料來源廣而成為關(guān)注的焦點，美國、加拿大、歐盟、日本等將氫能技術(shù)置于社會和經(jīng)濟發(fā)展的優(yōu)先地位，制定了有關(guān)氫能發(fā)展的國家計劃，相繼制定了有關(guān)氫能的“國家氫能路線圖”，并由此提出了“氫能經(jīng)濟”、“氫能社會”的概念[3～5]。為應(yīng)對能源短缺和改善中國能源消費結(jié)構(gòu)，中國政府也將氫能發(fā)展提到戰(zhàn)略高度，在制定“氫能發(fā)展路線圖”的同時提出“擺脫依賴石油的日子，創(chuàng)可持續(xù)發(fā)展的氫能未來”[6]。時釋放出氫氣。其作用機理

9、和綠色植物光合作用機理相似，在某些藻類和真核生物（藍細菌）體內(nèi)擁有PSⅠ、PSⅡ等兩個光合中心，PSⅠ產(chǎn)生還原劑用來固定CO2，PSⅡ接收太陽光能分解水產(chǎn)生H、電子和O2；PSⅡ產(chǎn)生的電子，由鐵氧化還原蛋白攜帶，經(jīng)由PSⅡ和PSⅠ到達氫酶，H在氫酶的催化作用下形成H2。其中，利用藻類光解水產(chǎn)氫的系統(tǒng)稱為直接生物光解制氫系統(tǒng)，利用藍細菌進行產(chǎn)氫的系統(tǒng)稱為間接光解水產(chǎn)氫系統(tǒng)。藻類的產(chǎn)氫反應(yīng)受氫酶催化，可以利用水作為電子和質(zhì)子的原始供體，這是

10、藻類產(chǎn)氫的主要優(yōu)勢。藍細菌同時具有固氮酶和氫酶，其產(chǎn)氫過程主要受固氮酶作用，氫酶主要在吸氫方向上起作用。藍細菌也能利用水作為最終電子供體，其產(chǎn)氫所需的電子和質(zhì)子也來自于水的裂解[10]。（2）厭氧細菌產(chǎn)氫是利用厭氧產(chǎn)氫細菌在黑暗、厭氧條件下將有機物分解轉(zhuǎn)化為氫氣。目前認為厭氧細菌產(chǎn)氫過程可通過丙酮酸產(chǎn)氫途徑、甲酸分解產(chǎn)氫途徑、通過NADHNAD平衡調(diào)節(jié)產(chǎn)氫途徑等三條途徑實現(xiàn)，丙酮酸產(chǎn)氫途徑和甲酸分解產(chǎn)氫途徑有時也稱為氫的直接產(chǎn)生途徑[1

11、1]，即葡萄糖首先通過EMP途徑發(fā)酵形成丙酮酸、ATP和NADPH；丙酮酸通過丙酮酸鐵氧化還原蛋白氧化還原酶被氧化成乙酰輔酶A、CO2和還原性鐵氧還原蛋白，或者通過丙酮酸甲酸裂解酶而分解成乙酰輔酶A和甲酸，生成的甲酸再次被氧化成CO2，并使鐵氧化還原蛋白還原；最后，還原性鐵氧化還蛋白還原氫酶，所形成的還原性氫酶當質(zhì)子存在時便使質(zhì)子還原生成氫氣。（3）光合細菌制氫是利用光合細菌在厭氧條件下通過光照將有機物分解轉(zhuǎn)化為氫氣。光合細菌是一類原始

12、的古細菌，在光照條件下可以將有機酸轉(zhuǎn)化為分子氫。自1949年美國生物學(xué)家Gest首次證明光合細菌（Rhodospirillumrubrum）在光照條件下的產(chǎn)氫現(xiàn)象后，大量的研究表明，光合細菌產(chǎn)氫是與光合磷酸化偶聯(lián)的固氮酶的放氫作用下產(chǎn)生的。光合細菌只含有一個光合中心，且電子供體是有機物或還原態(tài)硫化物，所以光合磷酸化過程不放氧，且只產(chǎn)生ATP而不產(chǎn)生NAD(P)H。與綠藻和藍細菌相比，這種只產(chǎn)氫不放氧的特性，可大大簡化生產(chǎn)工藝，不存在產(chǎn)物

13、氧氣和氫氣分離問題，也不會造成固氮酶的失活[11]。2生物制氫技術(shù)現(xiàn)狀及其障礙氫能已成為兩次能源危機后各國政府能源政策的支持重點，而生物制氫技術(shù)被公認為未來替代能源中最有應(yīng)用前景的主要技術(shù)，成為目前世界能源科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的研究熱點，促進了生物制氫技術(shù)的諸多進展。作為生物制氫技術(shù)中研究最早的制氫途徑，藻類（藍細菌）能直接利用水和太陽光進行產(chǎn)氫，被認為最具有前途的制氫途徑，也是目前生物制氫中研究最多的技術(shù)。目前，美國、日本、歐盟、中國等在藻類

14、分子生物學(xué)、耐氧藻類開發(fā)、促進劑等技術(shù)領(lǐng)域取得了突破性進展，并開發(fā)了各式生物反應(yīng)器，完成了藻類制氫從實驗室逐步走向?qū)嵱玫霓D(zhuǎn)化[13～16]。但在藻類的產(chǎn)氫過程中同時伴隨著氧的產(chǎn)生，反應(yīng)產(chǎn)生的氧氣除了能與生成的氫氣反應(yīng)外，還是氫酶活性的抑制劑，從而影響系統(tǒng)的產(chǎn)氫速率；同時當光強較大時，其主要進行CO2的吸收并合成所需的有機物質(zhì)。因此，藻類產(chǎn)氫不穩(wěn)定且易被其副產(chǎn)品氧氣所抑制[17][18]。與藻類相似，藍細菌在產(chǎn)氫的同時也會產(chǎn)生氧氣，而氧是