[發(fā)明專利]暗－光發(fā)酵偶聯(lián)制氫的方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200610029155.3
• 申請日: 2006-07-20
• 公開（公告）號: CN101109014A
• 公開（公告）日: 2008-01-23
• 發(fā)明（設計）人: 周志華;陶用珍;吳永強
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海生命科學研究院
• 主分類號: C12P3/00
• 分類號: C12P3/00;C12P39/00;C12R1/01;A62D3/00
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司
• 代理人: 范征

技術領域

本發(fā)明屬于生物能源技術領域。具體涉及利用天然微生物群落作為產氫菌源，以含碳有機廢棄物，尤其是廚余垃圾和乙醇發(fā)酵廢水等廢棄生物質為原料，通過暗發(fā)酵和光發(fā)酵偶聯(lián)來制取氫氣的清潔生產方法。

背景技術

目前作為全球經濟動脈的化石燃料(石油、天然氣和煤炭)的儲量非常有限，而且化石能源的使用是環(huán)境污染及溫室效應的主要原因。開發(fā)可再生清潔能源已勢在必行。

氫氣與傳統(tǒng)的能源相比，具有能量密度高(為汽油的3倍)、導熱系數(shù)高、熱轉化效率高、輸送成本低等優(yōu)點，可采用氣體、液體、固體或化合物的形式儲存和運輸。氫氣作為一種清潔能源，在燃燒過程中只生成水，不產生溫室氣體和其他污染物；而且氫氣還是航空航天，電動機車、現(xiàn)代城市公共交通工具的理想燃料。

目前氫氣的制備主要是采用烴類水蒸汽重蒸、高溫下生物質的氣化及水的電解或光電解等傳統(tǒng)制氫方法，其中96％的氫氣仍然直接來源于化石能源。這些方法在制氫過程中無法從根本上擺脫對化石能源的依賴，也無法避免對環(huán)境的危害。在自然界中，許多微生物可以在其代謝過程中將各種生物質中碳水化合物的氫質子轉化為氫氣，以微生物的這種代謝特性為基礎形成的生物制氫技術，具有常溫、常壓、能耗低、環(huán)保等優(yōu)勢，將成為未來制取氫氣的主流方法。

如何降低產氫成本是生物產氫技術面臨的重要課題。以廢棄生物質為原料進行生物產氫，不僅是降低生物產氫成本的重要途徑，對環(huán)境保護和循環(huán)經濟的發(fā)展也具有重要意義。黑暗厭氧發(fā)酵(暗發(fā)酵)產氫途徑，特別是以天然混合菌群為接種物，具有產氫速率快、在工藝設計方面比較簡單等優(yōu)勢，在利用廢棄生物質產氫的研究中倍受關注。例如利用土豆加工廠廢水暗發(fā)酵產氫(Steven?WVan，Sang-Eun?Oh，Bruce?E.Logan.Biohydrogen?gas?production?from?foodprocessing?and?domestic?wastewaters.Int?J?Hydrogen?energy30(2005))、釀酒廠酒糟產氫(Yao-Ting?Fan，Gao-sheng?Zhang?et?al.Biohydrogen-productionfrom?beer?lees?biomass?by?cow?dung?compost.Biomass?and?Bioenergy30(2006))，以及檸檬酸生產廢水中的碳水化合物和城市固體垃圾等廢棄生物質的暗發(fā)酵產氫。這些暗發(fā)酵產氫結果表明，由于生物質的暗發(fā)酵產氫過程，除了產生氫氣和二氧化碳以外，還生成了以乙酸和丁酸為主的大量有機酸。因此，僅僅采用暗發(fā)酵使廢棄生物質轉化為氫氣的效率佷低，如Steven?W?Van報道土豆廠廢水產氫140mlH₂/g-COD；Sang-Hyoum?Kim報道生活垃圾產氫122.9ml?H₂/g-COD.如果這些暗發(fā)酵液中大量有機酸不被應用，不僅會造成資源的浪費，而且會帶來嚴重的環(huán)境污染。

光合細菌可以高效率利用低分子有機酸，將它們徹底降解為氫氣和二氧化碳。暗-光偶聯(lián)產氫不僅可以大幅度提高底物向氫能的轉化效率，還可以降低發(fā)酵液中的COD，達到清潔排放標準。

為了解決現(xiàn)有的黑暗發(fā)酵產氫方法所存在的底物轉化效率低、制氫成本高，暗發(fā)酵產生的有機酸不能被利用、環(huán)境污染等問題，本領域還需要提供新的工藝和技術。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是提供一種高效率利用含碳有機廢棄物為底物進行生物制氫的清潔生產工藝和技術。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種暗-光發(fā)酵偶聯(lián)產生氫氣的方法，該方法包括以下步驟：

(a)以含碳有機廢棄物為發(fā)酵底物，用經預處理的牲畜糞天然堆肥的混合菌群進行黑暗發(fā)酵，產生氫氣和含有有機酸的發(fā)酵液；

(b)用光合細菌對步驟(a)所產生的有機酸的發(fā)酵液進行光厭氧發(fā)酵，產生氫氣。

在一個較佳的實施方案中，所述預處理是對牲畜糞天然堆肥的煮沸處理1-60分鐘，更佳為10-30分鐘。

在另一較佳的實施方案中，所述牲畜糞是牛糞。

在另一較佳的實施方案中，所述光合細菌選自類球紅細菌或莢膜紅細菌。

在一個較佳的實施方案中，所述含碳有機廢棄物選自廚余垃圾或者發(fā)酵有機廢水。在另一較佳的實施方案中，所述發(fā)酵有機廢水選自檸檬酸發(fā)酵廢液、乙醇發(fā)酵。