[發明專利]一種利用微藻提高氫氣產量的方法

有效

• 申請號: 201310053436.2
• 申請日: 2013-02-19
• 公開（公告）號: CN103993041B
• 公開（公告）日: 2017-07-21
• 發明（設計）人: 劉建國;何梅琳;李凌;張立濤;林偉
• 申請（專利權）人: 中國科學院海洋研究所
• 主分類號: C12P3/00
• 分類號: C12P3/00;C12R1/89
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司21002
• 代理人: 周秀梅,李穎

技術領域

本發明屬于微藻生物技術領域，具體的說是涉及一種利用微藻提高氫氣產量的方法。

背景技術

人類社會發展始終與能源息息相關。能源既是經濟發展的命脈也是社會發展的推動力，決定著現代文明進步程度。伴隨著全球經濟高速增長和城市化進程加快，對能源需求日益增大，同時傳統能源都具有不可再生性，終將枯竭，因此能源短缺問題不可避免并將日益突出。另一方面，社會與經濟發展對能源過度依賴，引發不同經濟體間為搶奪能源發生矛盾甚至沖突，導致世界局部地區動蕩和市場巨大波動，直接或間接地影響到經濟發展、社會穩定甚至國家安全。

我國面臨十分嚴峻的能源緊張形勢，傳統化石能源短缺、儲備嚴重不足，遠遠不能滿足高速發展的經濟社會需要，目前我國已經成為全球石油消耗大國，其消耗量僅次于美國位于全球第二。預計到2020年，我國對能源進口的依賴度將從現在40％增加到60％，2030年甚至可能達到80％。同時，傳統燃料排放大量CO₂，導致溫室效應日趨嚴重，因而引起氣候變暖、季節變遷和災害性天氣頻發，甚至引發嚴重的自然生態破壞等系列問題，由此導致每年數千億美元損失。CO₂減排已成為亟待解決的全球性問題。因此尋求可再生能源，特別是不產生CO₂的可再生凈潔能源將是社會關注的大問題。

氫氣是一種清潔、高效的能源載體，燃燒時只生成水，不產生任何污染物，是最具有吸引力的可替代能源。但目前人類制取的氫氣95％以上，仍然是從化石資源中的碳氫化合物水蒸氣催化重整反應而來，不能實現氫能的可持續發展。

微藻接近植物種類的50％，在種質、生態分布、遺傳信息、生化組成、代謝途徑等方面具有出多樣性、復雜性和特殊性，是人類社會持續發展的新資源庫。某些微藻可光合制氫，即微藻細胞在特定條件下利用太陽能裂解水釋放氫氣，該代謝過程是由太陽光驅動的、以水為電子供體生產氫氣，也是對環境友好的生物能量轉化體系。由于微藻在自然界分布廣，對生存環境適應性強，繁殖速度快，是固定太陽能的重要生物群體，微藻產氫途徑又是以清潔、可再生、不含碳且來源極為豐富的水為底物，從理論上講，微藻光合產氫比生成有機物效率更高，是實現能源可持續生產的最理想途徑。

然而微藻裂解水不僅產生氫氣，同時還產生氧氣，由于綠藻產氫過程類對O₂非常敏感，因此細胞厭氧狀態是誘導綠藻產氫的必要條件。近年來，成功開發出兩步法光水解制氫工藝，第一步，利用微藻進行正常的光合作用，固定CO₂，釋放O₂，積累有機物；第二步，在無硫狀態下使PSⅡ活性受到抑制，使呼吸作用消耗的O₂超過光合作用所產生的O₂，細胞逐漸進入厭氧狀態，消耗細胞內代謝物質產生氫氣。上述光合制氫工藝技術也是目前微藻最經典和高效的。

發明內容

本發明目的在于提供一種利用微藻提高氫氣產量的方法。

為實現上述目的，本發明技術方案為：

一種利用微藻提高氫氣產量的方法，在光生物反應室內，接種產氫微藻后進行人工培養，然后轉入低氮和缺硫的特定培養基中誘導厭氧培養，進而降低微藻細胞光合放氧速率，維持厭氧狀態，完成誘導產氫。

將微藻于培養基中置于光生物反應室內，在室溫、光照強度25-35μE·m^2-·s^-1和光照周期14:10(光照:黑暗)條件下，培養至對數生長期，將生長至對數生長期的微藻轉入低氮和缺硫等特定培養基中，培養至穩定期，而后以3000r/min離心收集藻細胞，再將藻細胞懸浮于低氮和缺硫的特定培養基中，于密封條件下以30-40μE·m^2-·s^-1持續光照下誘導光合厭氧產氫，收集產生的氫氣。

所述淡水微藻接種于TAP培養基中，在生物反應室內培養至對數生長期；而后將生長至對數生長期的微藻轉入低氮和缺硫的淡水改良的TAP培養基中。

所述海水微藻接種于L1培養基或ASW培養基中，在生物反應室內培養至至對數生長期；而后將生長至對數生長期的微藻轉入低氮和缺硫的以天然海水改良的L1培養基，或以人工海水改良的ASW培養基中。

所述光生物反應室包括光反應室、氣體收集裝置和氣體管道；所述光反應室通過氣體管道與氣體收集裝置相連；氣體收集裝置設于排水收集容器內；