[發明專利]一種低碳零排放制取氫氣的方法

在審

• 申請號: 201410715832.1
• 申請日: 2014-12-01
• 公開（公告）號: CN105713949A
• 公開（公告）日: 2016-06-29
• 發明（設計）人: 蘇會波;程軍;周俊虎;岑可法;林海龍
• 申請（專利權）人: 中糧集團有限公司;中糧營養健康研究院有限公司
• 主分類號: C12P39/00
• 分類號: C12P39/00;C12P3/00;C12R1/145;C12R1/01;C12R1/07;C12R1/38
• 代理公司: 北京信慧永光知識產權代理有限責任公司 11290
• 代理人: 楊國強;張淑珍

技術領域

本發明屬于生物質能源生產技術領域，具體涉及一種以微藻生物質作為發酵底物的低碳零排放制取氫氣的方法。

背景技術

氫氣作為一種可再生能源，具有能量密度大，利用過程中產物只有水、清潔無污染等優點，很適合作為傳統化石能源的替代能源，其在研究領域和工業應用領域正受到越來越多的重視。利用生物質產氫對發展清潔高效的可再生能源和減少環境污染具有重要意義。

生物制氫的原料廣泛，所述原料可以是淀粉、纖維素類等可再生生物質，也可以是海洋微藻等富含糖類的生物質。與陸地植物相比，海洋微藻具有以下幾個優點：(1)生長速度很快，能在短時間內獲得大量生物質；(2)可以在海洋中生長，不占用陸地面積，不消耗淡水資源；(3)對環境的適應性強，對環境因素如溫度、pH值、鹽度等具有較寬的耐受范圍；(4)可以利用電站煙氣中的CO₂作為碳源迅速生長，實現很高的脫碳效率，同時對煙氣中的SO_X和NO_X也會有一定的脫除效果；(5)微藻的生物質可被用于生物能源轉換(例如，利用微藻固定的糖類制取氫氣，或利用微藻固定的脂肪類生產生物柴油)。因此微藻是在減少CO₂的排放的同時進行生物能源轉化的良好生物反應器。

生物制氫的反應條件溫和，能量需求小，具有無可替代的優勢。傳統生物質暗發酵產氫的主要瓶頸問題是產氫率低和能源轉化效率低，發酵尾液中含有大量有機酸和醇類，既浪費了能量又污染了環境。例如，CN103667352A公開了一種以有機廢水為菌種的生物制氫方法，將污水處理廠的厭氧消化污泥在80℃的條件下進行10分鐘的熱處理后作為菌種，將可溶性淀粉和營養液作為反應底物，控制一定溫度進行發酵產氫。CN103627729A公開了一種玉米芯發酵制氫的方法，該方法以牛糞堆肥為暗發酵菌種。然而，這種單純暗發酵制氫的產率有限，理論最高產率只有4mol/mol(方程1和方程2)。也有些學者利用暗光發酵耦合產氫的方式提高產氫效率。如CN100532566C將生物質及固體有機廢棄物水解、酸化，生成丙酮酸、短鏈脂肪酸和少量H₂、CO₂，然后丙酮酸和短鏈脂肪酸混合物在暗發酵產氫細菌作用下生成大量氫氣，并得到小分子有機酸副產物乙醇、乙酸、丙酸和丁酸，然后將小分子有機酸乙醇、乙酸、丙酸和丁酸接種光合產氫細菌后在光合作用下繼續生成氫氣。CN202576411U公開了利用暗-光發酵耦合產氫模擬反應裝置，通過周期性的暗-光照明，實現暗-光發酵耦合產氫。這種發酵方式提高了產氫效率，但仍有大量溫室氣體CO₂排放到環境中，給環境帶來負面影響。

C₆H₁₂O₆→CH₃CH₂CH₂COOH+2CO₂+2H₂(方程1)

C₆H₁₂O₆+2H₂O→2CH₃COOH+2CO₂+4H₂(方程2)

發明內容

為了解決現有生物產氫工藝中產氫效率低下、發酵尾液中含有大量小分子有機酸且尾氣中含有的溫室氣體CO₂的問題，本發明提供了一種以微藻生物質作為發酵底物的低碳零排放制取氫氣的方法，所述方法包含如下步驟：

(1)微藻生物質預處理：通過離心將微藻生物質從微藻培養液中分離，將得到的濕微藻干燥至恒重，隨后將干燥后的微藻磨碎成微藻干粉；

(2)暗發酵產氫：在暗發酵反應器中加入步驟(1)獲得的微藻干粉，接入暗發酵產氫菌種和暗發酵培養基，保持厭氧環境進行暗發酵，將氣相產物(主要為H₂、CO₂)導出；

(3)光發酵產氫：將步驟(2)得到的暗發酵尾液沉淀、離心后，作為光發酵產氫的底物，接入光發酵產氫菌種和光發酵培養基，保持厭氧環境進行光發酵，將氣相產物(主要為H₂、CO₂)導出；