生物制氢的研究现状及前景

氢气是一种清洁的、可更新的能源.与其他制氢方法相比,生物制氢具有无污染、成本低、可再生等优点,因而受到人们广泛的关注.本文综述了目前国内外生物制氢技术各个方面的研究进展和成果,并详细描述了光合产氢细菌及发酵产氢细菌等主要产氢生物的产氢机制.     

发酵法制氢的原理·工艺和挑战

氢气作为一种清洁的新能源,有很多重要的工业用途。发酵生物制氢技术作为一种新兴的技术,在未来的可再生能源的制备中将扮演重要角色。介绍了发酵产氢细菌的菌属、产氢机理以及发酵法制氢的工艺,讨论了当前微生物发酵制氢技术存在的机遇与挑战。     

我国氢能源开发与生物制氢研究现状

氢能是高效清洁环保型能源 ,在我国发展氢能源具有重要的战略意义。生物制氢在开发氢能源方面具有重要的现实地位 ,生物制氢技术目前仍处于研究探索阶段 ,应加快发展生物制氢技术研究的步伐 ,早日实现这一技术的产业化     

半导体光催化电解水制氢的研究与测试

氢能源的清洁、高效、无污染、便于输运和可再生等的特点,是最理想的能源载体。如何高效的提取和存储氢这对缓解未来能源危机有着重要意义。本文主要对氢的收集进行探究,目的旨在了解最有效制氢的方法和提高制氢效率的途径。采用理论分析和实验的方式,利用光解水原理,借助Perfect light光解水系统,为了比较半导体光解水制氢催化材料的性能与效果,分别以钽酸盐、铌酸盐、钛酸盐3种催化材料进行测试,并且对提高光催化性能的途径进行了研究,如光催化剂纳米化,离子掺杂,半导体复合,染料光敏化,贵金属沉积等几种方式的分析与尝试[1]。对该制氢系统进行了多组制氢性能的测试,结果表明:该技术具有光氢转换效率高、节省常规能源、保护环境和便于氢氧分离等优点,一旦发展成熟并投入使用将带来显著的经济效益、环境效益和社会效益,并可能使能源的使用出现革命性变革。     

更高效、更清洁——氢能

正氢能是公认的清洁能源,也是21世纪最具发展潜力的清洁能源。与其他燃料相比,氢燃烧时最清洁,除生成水和少量氮化氢外,不会产生诸如一氧化碳、二氧化碳、碳氢化合物、铅化物和粉尘颗粒等对环境有害的污染物质,少量的氮化氢经过适当处理也不会污染环境,且燃烧生成的水还可继续制氢,反复循环使用。除燃烧外,又可以用于燃料电池,或转换成固态氢用作结构材料。太阳能光化学分解水制氢是一件很困难的事情。水的化学成分较     

厌氧发酵生物制氢的研究进展及应用前景

 氢气是一种理想的可再生能源，具有清洁无污染等优点。与传统制氢技术相比，生物制氢技术能够以有机废物为底物产生氢气，生产成本低又可净化环境，其中厌氧发酵生物制氢越来越受到人们的重视。该文主要介绍了厌氧发酵生物制氢的方法、特点、类型、原理及未来的发展方向和应用前景。     

利用农业废弃资源发酵制氢的研究进展

氢气是一种理想的能源,具有转化率高、可再生和无污染等优点。与传统制氢方法相比,生物制氢技术能耗低,对环境无害,其中发酵生物制氢已经越来越受到人们的重视。利用农业废弃资源发酵制氢不但能够生产出理想的清洁能源,同时还能减量化、无害化处理农业垃圾,一举两得。主要介绍了厌氧发酵生物制氢技术的方法和机理,分析了利用农业废弃资源发酵制氢的可行性,结合国内外研究现状提出了未来的发展方向。     

芒秸秆发酵产氢的初步研究

以能源植物芒为材料,经过硫酸预处理后接种厌氧污泥,研究其产氢特点。结果表明,芒草秸秆经过硫酸预处理后,发酵产氢的速率和体积分数都明显增高。芒（Miscanthus sinensi）是高大的多年生禾本科植物,具有密度高、生物量大等特点,被当做能源植物受到国内外的广泛重视。但关于芒的生物制氢研究尚未见报道。此研究以芒为材料,研究其产氢特点。     

负载二氧化钛陶瓷材料对玉米秸秆光合生物制氢的影响

【目的】探究陶瓷材料作为二氧化钛(TiO₂)载体在玉米秸秆光合生物制氢中的作用。【方法】将3种陶瓷材料(氧化铝、氧化锆和碳化硅)负载TiO₂,以累计产氢量、pH值和还原糖质量浓度为考察指标，考察负载TiO₂陶瓷材料对玉米秸秆光合生物制氢的影响及重复使用效果。【结果】添加负载TiO₂陶瓷材料可以提高玉米秸秆光合生物制氢累计产氢量，其中负载TiO₂氧化铝陶瓷材料效果最好，累计产氢量相较空白对照组提高了25.7%,最大产氢速率为12.08 mL·h^-1;添加负载TiO₂陶瓷材料对光合生物制氢pH值和还原糖质量浓度的影响较小，仅在12～48 h内导致还原糖质量浓度明显降低。在重复使用试验中，负载TiO₂氧化锆陶瓷材料在第二次和第三次使用中效果更好，累计产氢量相较空白对照组提高了24.7%和28.0%,可以有效提高TiO₂的重复利用率。利用扫描电子显微镜观察使用后的陶瓷材料，发现TiO₂     

基于不确定性分析的不同制氢方式能源投入回报研究

氢能被认为是未来能够替代化石能源的最具前景的清洁能源之一.从能源投入产出的角度,使用能源投入回报(EROI)方法对两种化石能源制氢(煤和天然气)和两种可再生能源制氢(太阳能和风能)的EROI进行量化研究.结果显示,不考虑环境投入时煤、天然气、太阳能和风能4种制氢方式的EROI均值分别为0.78,0.60,4.0和5.69,考虑环境投入时EROI均值分别为0.69,0.58,3.7和5.58.通过不确定性分析,得出影响化石能源制氢EROI的关键因素是原料投入量,可再生能源制氢EROI主要取决于发电效率.综合考虑能源资源禀赋和CCS技术之后,煤制氢相较于天然气制氢优势会进一步提升,但两者仍不可持续,可再生能源制氢环保优势显著且具可持续性,是未来制氢产业发展的方向.     

木质素与酶的作用机制及其在纤维素酶水解中的影响研究进展

化石燃料的持续开采与使用对环境产生了严重的负面影响，使得开发可再生清洁能源代替传统能源成为必然。木质纤维素是一种丰富的可再生资源，可转化为生物乙醇、氢气等生物质燃料，被认为是代替化石燃料的理想替代品。其中木质纤维原料转化为生物乙醇需经过预处理、酶水解以及微生物发酵这3个关键步骤，而纤维素酶水解通常会受到酶、水解条件、底物等诸多因素的影响。针对木质素对纤维素酶水解的影响研究进行综述，大量研究发现，木质素是纤维素酶水解过程中的主要抑制剂。木质素既可以吸附纤维素酶，与纤维素酶发生无效吸附；又可以作为物理屏障，阻碍酶对纤维素的生产性吸附。尽管通过预处理可以去除大部分的木质素，但依旧无法从根源上缓解木质素对纤维素酶水解的影响，研究木质素的结构单元对酶解效率的影响可能是当前生物乙醇转化中木质素在纤维素酶水解中的研究方向。     

微生物区系的功能基因组研究方法学

微生物在生态环境中具有重要作用,与整个生态系统中物质循环和能量流动密切相关。目前微生物区系的研究不断揭示环境样品中微生物群体的结构和功能。系统生物学研究思路不断地被引入进来,例如微生物区系基因组学、宏蛋白组学、生物信息学等。后基因组研究将对微生物区系的发展起到极其重要的作用。文章对应用到微生物区系研究的一些生物学方法进行了综述。     

反应器类型对生物厌氧发酵产氢的影响研究进展

利用有机废水或废弃物厌氧发酵制取氢气可以同时达到除废和产能的双重目的,是近年来生物质能的研究热点。产氢反应器的类型会影响反应器内产氢菌的数量和种类以及微生物与底物之间的传质作用,进而影响产氢系统的稳定性和产氢效果。对厌氧产氢悬浮细胞系统和固定化细胞系统（颗粒污泥、生物膜、微生物包埋体）保留生物量的效果进行了对比,总结了连续搅拌釜式反应器（CSTR）、厌氧序批反应器（ASBR）、上流式厌氧污泥床（UASB）、膨胀颗粒污泥床（EGSB）、厌氧填充床、厌氧流化床（AFBR）以及复合生物反应器等不同反应器类型对厌氧产氢的影响,并提出了一些建议与展望,以期为以后的研究提供指导作用。     

有机固体废弃物生物转化技术研究进展

有机固体废弃物引起的环境污染风险日益增加,好氧堆肥是对有机固体废弃物进行资源化利用的研究热点。微生物是驱动有机固体废弃物进行生物转化的主要分解者,在好氧堆肥中扮演着重要角色。研究有机固体废弃物资源化处理过程中的微生物群落以及相关物质转化的功能基因,对促进有机物矿化、控制氮素流失、减少臭气排放、生产优质有机肥产品实现资源循环利用等具有重要意义。好氧堆肥中的微生物因受其复杂的环境因素的影响而发生变化。近年来,随着分子生物学、高通量测序技术的发展,在好氧堆肥中的微生物多样性及氮硫物质转化等研究方面获得诸多进展。重点阐述了基于好氧堆肥工艺的有机固体废弃物生物转化过程的研究进展,主要包括好氧堆肥过程中的微生物多样性、微生物群落演化机制,以及环境因子对微生物群落结构演化过程的影响机制等方面,为构建生物转化模型,调节好氧堆肥中的生物转化过程及提升有机固体废弃物高效生物转化技术提供科学依据。     

Conversion of wastes into bioelectricity and chemicals by using microbial electrochemical technologies

Waste biomass is a cheap and relatively abundant source of electrons for microbes capable of producing electrical current outside the cell. Rapidly developing microbial electrochemical technologies, such as microbial fuel cells, are part of a diverse platform of future sustainable energy and chemical production technologies. We review the key advances that will enable the use of exoelectrogenic microorganisms to generate biofuels, hydrogen gas, methane, and other valuable inorganic and organic chemicals. Moreover, we examine the key challenges for implementing these systems and compare them to similar renewable energy technologies. Although commercial development is already underway in several different applications, ranging from wastewater treatment to industrial chemical production, further research is needed regarding efficiency, scalability, system lifetimes, and reliability.     

微生物生物技术在现代农业体系中的生态意义

在农业生态系统中,微生物有利于生态系统中养分循环,增加植物抗性,提高农作物对营养吸收,并改善土壤结构。保护微生物资源,维持微生物多样性,需要对微生物多样性进行评价。目前微生物多样性评价方法主要包括传统的微生物培养法、生物标记法、BIOLOG微平板分析方法和分子生物技术。在现代农业的进程中,利用微生物生物技术研制的微生物农药、微生物化肥、微生物饲料、微生物食品和微生物能源在农业上已开始应用。在未来,微生物生物技术在新品种培育、解决能源短缺和减少环境污染方面将会发挥越来越重要的作用。     

我国大面积部署能源植物的生态环境风险

我国在"不争粮,不争耕地,不争(食用)油、糖,充分利用边际土地"的原则下,规划了较为宏大的能源植物种植目标。但由于"三不一充分"原则过于笼统、缺乏相应的法律约束力以及边际土地利用的可行性与生态风险尚未明确等原因,大面积种植能源植物,尤其是以第一代生产生物乙醇为主的能源植物,可能对农业土地利用构成压力,也可能使多用途的糖类、油料作物转而用于生物燃料生产,从而间接地影响了农用地与农业生产。边际土地开发也可能加剧北方地区水资源短缺局面,导致水土流失、土壤肥力下降、水质下降等问题。鉴于目前国内进行的相关实证研究较少,决策者应慎重规划我国能源作物种植规模与种植布局,对于其环境效应给予足够关注。     

沈阳地区水稻生产的生态环境影响研究

为明确沈阳地区水稻生产对环境的影响,促进水稻清洁生产水平提升,采用生命周期评价法,以1 t稻谷为功能单位,对沈阳地区水稻生产系统的原料开采、农资生产和水稻种植阶段的10种潜在环境影响进行评价。结果表明,水稻生产对环境影响潜力较大的是水体毒性、富营养化、土壤毒性和人体毒性,环境影响指数分别为16.278、1.558、1.457和0.960。加权处理后,环境影响综合指数为2.267。水稻种植阶段化肥和农药的大量使用,增加了该阶段对环境酸化、富营养化、水体毒性和土壤毒性的影响潜值;其中化肥的大量投入,尤其是氮肥的大量投入,加重了其上游生产环节的能源消耗,从而提高了农资生产阶段对全球变暖的贡献率;而生产阶段能源的大量消耗又扩大了原料需求量,从而增加了原料开采阶段重金属排放量,使得潜在人体毒性成为原料开采阶段的主要环境影响。因此,减少化学肥料和农药的使用,是控制水稻生产潜在环境影响的关键。