生物制氢技术的发展及应用前景

介绍了生物制氢技术的几个基本方法.生物制氢技术作为一种可再生能源生产技术,主要包括暗发酵、光发酵、光解水和光暗发酵耦合生物制氢4种方法,菌种选育、工艺形式、工艺调控以及暗光发酵的耦合方式对高效、持续和稳定产氢至关重要.对生物制氢技术近年的发展及现状进行了总结,并结合生物制氢领域存在的问题,展望了其发展前景.     

生物质化学制氢技术研究进展

可再生生物质制氢是未来氢能的主要来源,涉及到化学制氢和生物制氢.生物质化学制氢技术包括生物质气化、热解、超临界转化等常规热化学法制氢和生物质解聚液相产物的蒸汽重整、水相重整、自热重整和光催化重整制氢等技术.对以上生物质制氢方法进行了综述,对反应条件、反应机理、催化剂使用、技术经济性及各自存在的优缺点进行分类整理与比较.认为生物质气化制氢及热解制氢技术的发展较成熟,可以实现规模化生产,但是制氢的选择性和产氢率不高;生物质液相产物催化重整制氢技术更适合较大规模的集中制氢,转化率和产氢率高,但技术途径复杂.对生物质制氢技术进行了展望.     

有机废弃物厌氧生物制氢处理（英文）

化石燃料的枯竭,化石燃料燃烧排放的温室气体加剧了全球变暖的问题,已经成为世界的热点问题之一.氢气作为清洁能源,与沼气和化石燃料相比,燃烧产物只有水.利用有机废弃物厌氧发酵制氢气,通过厌氧反应器和农业废弃物生物制氢模型,计算实验过程中生物产氢量和废弃物消解与微生物生长的关系.实验过程表明:在生物制氢过程中,产氢细菌作用显著,产氢菌可以通过其耐热性进行筛选.而影响生物制氢效率的因素还包括:pH值、温度和有机负荷率等.通过有机物梭菌转化培养,生物制氢纯度高且过程可以有效地进行.采用产甲烷菌抑制步可以消除其H2的消耗.当pH值为4.5~5,温度为35℃,水力停留时间(HRT)为8h,有机负荷率为25%~50%时,通过模型对实验数据拟合得到最大氢气体积分数为88.6%.     

混合菌种非固定化技术制氢反应器产氢效能

为了研究混合菌种非固定化技术生物制氢反应器的产氢效能，实验采用厌氧Hungate技术和MPN法，从采用混合菌种非固定化技术的生物制氢反应器厌氧活性污染中分离到210株优势发酵菌株，其中18株为产氢细菌（HPB）。实验结果表明，主要决定反应器产氢效能的因素是反应器内HPB的数量和活性。采用混合菌种非固定化技术可以充分发挥HPB的产氢活性，但是由于反应器内HPB的数量和比例不高，大大制约了混合菌种非固定技术生物制氢反应器效能的充分发挥。针对这一结论，提出采用有自絮凝能力的高效产氢细菌进行快速启动和投加高效产氢菌株的方法提高生物制氢反应器的产氢效能。     

氮磷复合肥投加量对厌氧生物制氢发酵类型的影响

采用连续流厌氧产氢发酵反应器研究了氮磷复合肥对厌氧生物制氢产酸发酵类型的影响。试验过程中有机负荷保持不变(21.8 kgCOD/m3.d),复合氮磷肥投加量从高到低先后为40、20、10和0 mg/L进行变化,试验开始20 d后反应器的发酵类型就从原先的丁酸型转变为乙醇型,在此期间气体的总产量变化不大,但氢气含量和产量明显上升。结果表明,营养元素是厌氧发酵法生物制氢反应器运行过程中影响产酸发酵类型的重要因素,投加氮磷复合肥达到10 mg/L就足以影响发酵类型稳定性,高于10 mg/L时易于形成丁酸型发酵,低于10 mg/L时易于形成乙醇型发酵;营养物质的投加量对于系统的pH和ORP值没有明显影响;在生物制氢反应器中,尽管特定微生物群落是形成特殊产酸发酵类型如丁酸型或乙醇型的前提条件,但其它生态因子如营养元素等对于发酵类型的最终形成也具有重要的影响。     

生物制氢反应器不同发酵类型产氢能力的比较

对生物制氢反应器乙醇型发酵和丁酸型发酵的产氢能力及其生态学特性进行了对比分析.结果表明,NADH/NAD 平衡调节是影响不同发酵类型产氢差异的主要原因.在有机负荷为40 kg/(m3.d)条件下,乙醇型产酸发酵菌群表现出较高的产氢能力,最大比产氢速率为550 m l/(gVSS.d),是丁酸型产酸发酵菌群比产氢速率的3.3倍.综合两种发酵类型特性、运行操作条件和制氢成本考虑,乙醇型发酵更适合作为生物制氢工业化生产的发酵类型.     

生物制氢技术的研究进展

氢气具有清洁、可更新的优点,是最具发展潜力、最理想的新能源之一.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越来越重要的位置.本文较系统地综述了国内外各种生物制氢技术的产生背景、基本原理和应用现状,总结了该技术的优点和面临的问题,探讨其在环境科学中的应用前景.     

厌氧发酵生物制氢试验研究

在摇瓶试验的基础上,利用经预处理的牛粪堆肥作天然厌氧微生物菌种来源,对模拟有机废水的生物制氢研究进行了小规模实验.结果显示:在实验条件下,反应器具有140 mL /(L·h)的持续产氢能力,平均氢含量50%左右,COD的平均去除率30%左右;蔗糖产氢能力17 4 mL/g ,效果显著,为该生物制氢研究在工业发展中的可行性提供了理论依据.     

生物质制氢研究进展

在人类面临严重的能源危机与环境污染的背景下,生物质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．主要介绍了目前国内外生物质制氢的研究现状和发展中存在的问题,为我国生物质能的发展和使用提供参考．     

生物质制氢与燃料电池整合系统研究

生物质制氢与燃料电池的技术整合将提供一条完全清洁的后续能源路线,并能够为生物质能源的高效经济利用开辟具有竞争力的创新途径,为氢能技术的发展提供有利保障.在对生物质热化学制氢的工艺路线和过程经济性等进行对比分析的基础上,明确了制氢路线开发中的优化方向;对生物质燃气在高温燃料电池系统中应用的诸多影响因素进行了系统分析,并结合目前国内外生物质基燃料电池系统的研究进展,明确了适宜的生物质制氢与燃料电池系统的整合工艺开发中需要克服的障碍和路线的发展方向.     

The molecular biological characterization of a strain of biohydrogen-producing anaerobe in Clostridium Genus

The anaerobic process of biohydrogen production was developed recently. The isolation and identification of biohydrogen producing anaerobic bacteria with high evolution rate and yield is an important foundation of the fermented biohydrogen production process through which anaerobic bacteria digest organic wastewater. By considering physiological and biochemical traits, morphological characteristics and a 16S rDNA sequence, the isolated Rennanqilyf33 is shown to be a new species.     

Characterization and phylogenetics of a new species of genus Lactobacillus from the activated sludge in biohydrogen production

Anaerobic process of biohydrogen production was developed. There is a great deal of Lactobacillus bacteria in the activated sludge of biohydrogen reactor. The isolation and identification of different anaerobic bacteria in the reactor is important for fermented biohydrogen production process by anaerobic digesting organic wastewater. Considering with the physiological and biochemical traits, morphological characteristics and 16SrDNA sequence, the isolated Rennanqilyfl3 is a new species in Lactobacillus genus. And the temporary nomenclature of the species is Lactobacillus Strain Rennanqilyfl3 sp. nov.     

Characterization and phylogenetics of a new species of genus LactobaciUus from the activated sludge in biohydrogen production

Anaerobic process of biohydrogen production was developed. There is a great deal of Lactobacillus bacteria in the activated sludge of biohydrogen reactor. The isolation and identification of different anaerobic bacteria in the reactor is important for fermented biohydrogen production process by anaerobic digesting organic wastewater. Considering with the physiological and biochemical traits, morphological characteristics and 16SrDNA sequence, the isolated Rennanqilyf13 is a new species in Lactobacillus genus. And the temporary no- menclature of the species is Lactobacillus Strain Rennanqilyf13 sp. nov.     

16S rDNA测序快速鉴定废水生物处理系统目标细菌

在废水生物处理系统中建立分子生物学技术快速鉴定有关微生物,具有十分重要的意义．以发酵法生物制氢系统的活性污泥分离培养的厌氧发酵细菌为研究对象,采用16S rDNA碱基测序分子生物学技术,通过生物信息学数据库NCBI将DNA序列输入、比对,可以直接鉴定从废水生物处理系统中分离培养的细菌进行种属科的系统发育学地位的判定,从而简化了细菌鉴定程序．通过16S rDNA测序技术,进行了分离产氢细菌的分子生物学鉴定,发现生物制氢厌氧活性污泥中所分离的细菌可能存在的菌属有：Lactobacillus,Clostridium,Klebsiella,Pmpionibacterium和可能新发现的1个新属Biohydrogenbacterium等5个菌属的菌种,其中新属Biohydrogenbacterium的菌种都以利用碳水化合物生产氢气为其主要特征．16S rDNA测序技术为废水生物处理系统的细菌学研究提供了方便、准确和经济的技术基础．     

厨余生质能源化再利用评估

本研究进行厨余厌氧酦酵生质能源应用之可行性评估,针对厨余转换生质能之产能、用能及可不可能等3大部分,作为评估之重要范畴,同时根据厨余特性、分类收集、反应器形式、操作控制技术、反应物再利用去化管道及经济评估等6大因子,作为后续能源应用可行性评估之重要准则.搜集国内外相关资料,汇整相关国家政策发展规划及技术可行性,以期提供推动低碳城市厨余生质能源化政策之建议方向.根据目前评估数据显示,利用生质能源于LNG、CNG车及氢气电动车等车辆之燃料,已有相关之应用实绩,未来可经由建置生质能源中心示范厂先期进行试运,再配合公部门(例如:公共运输工具与清洁车等)及未来施政之需求与考虑后,再行验证推动示范之可行性.     

复合菌群降解玉米秸秆协同产氢特性

为加快生物制氢工业化进程,利用玉米秸秆这类来源广泛、储量巨大和价格低廉的可再生生物质纤维素资源作为发酵产氢的原料,从连续流发酵产氢反应器(ZL92114474.1)中新分离筛选出一株高效纤维素降解产氢细菌Clostridium sp.X9(NCBI注册号:EU434651)和一株高效产乙醇发酵产氢细菌Ethanoigenens harbinenseB2(NCBI注册号:EU639425),通过构建高效降解纤维素发酵产氢复合菌群进行同步降解玉米秸秆发酵产氢.结果表明,对玉米秸秆进行酸化汽爆预处理后可以显著提高复合菌群的产氢能力.复合菌群X9和B2比单一菌种具有更理想的降解玉米秸秆发酵产氢的能力,两菌种间存在协同产氢效应.复合菌群X9和B2降解玉米秸秆发酵产氢获得的最大产氢率和玉米秸秆降解率分别为8.7mmol/g和74%.液相代谢末端产物主要为乙醇、乙酸和丁酸.这说明复合菌群X9和B2在以木质纤维素为发酵底物的工业化生物制氢领域中具有很好的应用发展前景.     

牛奶废水厌氧水解酸化试验研究

利用CSTR反应器进行了牛奶废水厌氧酸化实验研究。结果表明,牛奶废水的厌氧水解酸化过程表现为丁酸型发酵;蛋白质水解为氨基酸是蛋白质类物质厌氧处理的限速步骤;长链脂肪酸C18：1(含一个双键的不饱和油酸)的积累是造成蛋白质厌氧水解酸化效率降底的主要原因之一;在牛奶废水的厌氧处理过程中用CSTR反应器作为生物产氢反应器是不适宜的。     

发酵产氢细菌分离培养的厌氧实验操作技术

厌氧产氢细菌的分离纯化与培养是发酵法生物制氢技术的基础课题之一,现有厌氧细菌的分离制备技术和培养基分别存在着操作繁琐和成份复杂问题．通过厌氧培养技术比较和细菌生长试验,确定了“煮沸吹氮去氧,固液交替分离”的厌氧产氢细菌分离纯化培养程序,改进了Hungate技术和建立了新的宽体窄颈培养瓶平板技术,通过培养基组成成份的增减和细菌增长、种类和数量的研究确立了厌氧发酵产氢细菌的分离和富集培养基．利用这些厌氧培养技术,已成功分离培养了550余厌氧菌株系．     

生物制氢细菌分离培养与分子鉴定技术进展

分离鉴定、培养产氢发酵细菌是提高利用高浓度有机废水制氢系统产氢能力的重要因素.首先对连续流发酵法生物制氢系统进行工程调控和生态位调整,达到产氢最佳的乙醇型发酵阶段后,设计HPB-LR培养基,用改良Hungater等3种厌氧培养技术分离培养产氢菌;采用16S rRNA/rDNA序列分析和16S-23S rDNA间隔区测序技术对分离出产氢细菌进行鉴定.     

低碳城市水资源回收中心升级为绿色加气站与加电站评估

本研究考虑2种情境提升原有都市水资源回收中心为绿色加气站,设置"绿色加气站"(含"甲烷供应系统"及"绿色氢供应系统")与"绿色加电站".故变更本水资源处理流程,分2种构想.构想1,将园区周边高浓度有机废水做为本处理厂水来源之一,或采用高低浓度废水分流收集方式,废水处理系统则采用两相式厌氧处理系统,以废水及污泥产制氢气及甲烷气成为气态生质能源.构想2,于现有规划设计增设新型有机污泥处理设施,包含高温好氧消化系统及甲烷化系统,可以直接生产甲烷气.另外,可于场址顶部设计太阳能丛林,产生之电力直接供应园区用电,或将处理出流水电解产生氢气燃料.本研究以污水处理量18 000CMD计算可产生之气体燃料,并换算至现有压缩天然气(CNG)公交车、电动车以及氢能汽车所需气体燃料量进行效益分析,若废水处理流程更改为构想1,每日所产生之氢气可供应250部氢能车使用,同时产生的甲烷气体可供应50部CNG公交车使用,若氢气透过燃料电池发电可供应378车次的电动车充电,但此方案必须导入园区周边的高浓度有机废水,将废水COD浓度提高至5g/L才能有效实行.构想2,在不更动现有的水资源回收处理程序设计下,仅在程序中增加有机污泥能源化系统,每日产制出的甲烷气体可供应20部CNG公交车使用,并降低系统污泥产生量达80%,不仅可达到能源回收的目的亦可降低污泥处置成本.最后若于水资源处理中心建物顶端设置太阳能板丛林,所产生的电力可供应园区使用,或可提供电动车加电站使用,每日可补充22车次的电动车.透过设置放流水电解系统,每日可供应7部氢能车使用;设置太阳能发电及电解系统,不仅可提升水回收比例,更具有展示及美化功能.