[發明專利]一種細菌發酵生產氫氣的方法

無效

• 申請號: 200910088486.8
• 申請日: 2009-07-02
• 公開（公告）號: CN101597624A
• 公開（公告）日: 2009-12-09
• 發明（設計）人: 邢新會;盧元;張翀;來奇恒
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: C12P3/00
• 分類號: C12P3/00;C12R1/01;C12R1/145
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司
• 代理人: 關 暢;任鳳華

技術領域

本發明涉及一種細菌發酵生產氫氣的方法。

背景技術

生物質能一直是人類賴以生存的重要能源，它僅次于煤炭、石油和天然氣，居于世界能源消費總量的第四位，在整個能源系統中占有重要地位。在我國，生物質能占全部能源消耗總量的20％。但長期以來，生物質能在我國商業用能結構中的比率極小，其主要是作為一次能源在農村利用，約占農村總能耗的70％左右。以生物質為原料的生物煉制作為一個相對比較年輕的研究領域，系統的研究和開發主要是在歐洲進行的；而工業領域的發展則主要是在美國。美國生物質技術顧問委員會開展了一個關于生物能量、生物燃料和生物產物的長期計劃和目標，基于生物質的運輸燃料將從2001年占美國燃料消耗的0.5％增長到2030年的20％。從2006年1月1日起，我國開始施行《中華人民共和國可再生能源法》，將大大促進可再生能源的開發利用，增加能源供應，改善能源結構，保障能源安全，保護環境，實現經濟社會的可持續發展。在生物煉制中，基于生物原料的燃料包括固體、液體和氣體三種形式，生物柴油、乙醇、甲醇、甲烷和氫氣等，是目前世界上被廣泛關注的幾種能源形式。

因為氫氣本身無毒，燃燒后僅生成水，所以被認為是理想的清潔能源。氫氣不但是一種優質燃料，還是石油、化工、化肥和冶金工業的重要原料。所有氣體中，氫氣最輕，導熱性最好；除核燃料外，氫的發熱值是所有化石燃料、化工燃料和生物燃料中最高的；氫可以氣態、液態或固態的金屬氫化物出現，能適應貯運及各種應用環境的不同要求。通過生命周期分析，在所有燃料中氫氣有最高的原料靈活性，來源于可再生生產途徑的氫氣環境友好，不涉及溫室氣體排放，最終實現化石能源到可再生能源的平穩轉換。

相對于日益完備的氫能利用的下游體系，氫氣卻沒有在以可再生資源為原料的生產方面實現突破。目前，氫氣還是主要來自化石燃料的重整轉化(占氫氣來源的96％)和電解水制氫(占4％)，這顯然未能擺脫原有的化石能源體系。因此，如何可持續地從自然界中獲取氫氣尤其受到人們的關注。生物制氫是解決這一問題的重要途徑之一。現代生物制氫的研究始于20世紀70年代的能源危機，到90年代隨著對溫室效應的進一步認識，生物制氫作為可持續發展的工業技術再次引起人們的重視。生物制氫技術包括光驅動過程和厭氧發酵兩種路線：前者利用光合細菌直接將太陽能轉化為氫氣，是一個非常理想的過程，但是由于光利用效率很低，光反應器設計困難等因素，近期內很難推廣應用；而后者采用的是產氫菌厭氧發酵，它的優點是產氫速度快，反應器設計簡單，且能夠利用可再生資源和廢棄有機物進行生產，相對于前者更容易在短期內實現。

發酵法制氫的研究始于90年代中，但是由于研究小組不多，進展并不大。90年代末到本世紀初，由于逐步意識到發酵制氫具有在近期內實現產業化的潛力，在暗發酵制氫方面的科研投入也大大增加。大量的微生物都具有不同程度的產氫能力，因此利用發酵產氫微生物，將葡萄糖等生物質轉化為氫氣在技術本身沒有問題，而一直困擾其應用的是過程經濟性的問題，即如何降低發酵制氫的成本，使之可以和化石能源催化重整制氫的經濟性相比擬，或者使之可以與其他生物能源(生物制甲烷、燃料酒精、生物柴油)相競爭。當前的核心問題是如何提高氫氣的轉化得率以降低生產成本。

目前，國內外的研究主要是基于菌種的篩選、馴化、育種以及各種發酵工藝參數的優化，還無法達到實際應用的水平。但是近年來，隨著分子生物學、代謝工程、系統生物學、微生物生態學以及與其交叉的物理、化學等學科技術的發展，使得人們能夠深入了解細菌產氫的物質和能量代謝及調控機理，能夠更好的對復雜微生物復合體系進行定性定量分析及調控，這些都是目前發酵制氫的前沿研究方向。

生物發酵制氫形成的本質是厭氧條件下電子流或能量的調節控制機制之一(2e^-+2H⁺→H₂)。目前一般的提高氫氣生產能力的研究都是與產氫相關的代謝路徑及酶的局部調控研究，而很少從產氫本質出發對整個代謝進行全局能量調控的研究。

發明內容

本發明的目的是提供一種細菌發酵生產氫氣的方法。

本發明提供的生產氫氣的方法，是在如下(1)或(2)的條件下，在含有磷酸根離子的基礎培養基中培養產氫微生物生產氫氣：

(1)完全厭氧培養；

(2)先在氧氣體積百分比濃度為0.1-7.6％培養，然后在完全厭氧條件下培養。