[发明专利]一种生产氢气的方法

说明书

技术领域

本发明属于生物能源领域，具体涉及一种生产氢气的方法。

背景技术

18世纪工业革命以来建立的化石能源体系正面临着两大挑战：煤炭、石油、天然气等化石燃料的不可再生性；以及石油炼制产业引起的温室效应、酸雨、粉尘污染等种种环境问题。这些都极大的推动了风能、太阳能、水能、生物质能、地热能、海洋能等可再生能源产业的研究和发展。

生物质能一直是人类赖以生存的重要能源，它仅次于煤炭、石油和天然气，居世界能源消费总量的第四位，在整个能源系统中占有重要地位。在我国，生物质能占全部能源消耗总量的20％。但长期以来，生物质能在我国商业用能结构中的比率极小，其主要是作为一次能源在农村利用，约占农村总能耗的70％左右。以生物质为原料的生物炼制作为一个相对比较年轻的研究领域，系统的研究和开发主要是在欧洲进行的；而工业领域的发展则主要是在美国。美国生物质技术顾问委员会开展了一个关于生物能量、生物燃料和生物产物的长期计划和目标，基于生物质的运输燃料将从2001年占美国燃料消耗的0.5％增长到2030年的20％。从2006年1月1日起，我国开始施行《中华人民共和国可再生能源法》，将大大促进可再生能源的开发利用，增加能源供应，改善能源结构，保障能源安全，保护环境，实现经济社会的可持续发展。在生物炼制中，基于生物原料的燃料包括固体、液体和气体三种形式，生物柴油、乙醇、甲醇、甲烷和氢气等，是目前世界上被广泛关注的几种能源形式。

因为氢气本身无毒，燃烧后仅生成水，所以被认为是理想的清洁能源。氢气不但是一种优质燃料，还是石油、化工、化肥和冶金工业的重要原料。所有气体中，氢气最轻，导热性最好；除核燃料外，氢的发热值是所有化石燃料、化工燃料和生物燃料中最高的；氢可以气态、液态或固态的金属氢化物出现，能适应贮运及各种应用环境的不同要求。通过生命周期分析，在所有燃料中氢气有最高的原料灵活性，来源于可再生生产途径的氢气环境友好，不涉及温室气体排放，最终实现化石能源到可再生能源的平稳转换。

相对于日益完备的氢能利用的下游体系，在以可再生资源为原料的生产方面氢气却没有实现突破。目前，氢气还是主要来自化石燃料的重整转化(占氢气来源的96％)和电解水制氢(占4％)，这显然未能摆脱原有的化石能源体系。因此，如何可持续地从自然界中获取氢气尤其受到人们的关注。生物制氢是解决这一问题的重要途径之一。现代生物制氢的研究始于20世纪70年代的能源危机，到90年代随着对温室效应的进一步认识，生物制氢作为可持续发展的工业技术再次引起人们的重视。生物制氢技术包括光驱动过程和厌氧发酵两种路线：前者利用光合细菌直接将太阳能转化为氢气，是一个非常理想的过程，但是由于光利用效率很低，光反应器设计困难等因素，近期内很难推广应用；而后者采用的是产氢菌厌氧发酵，它的优点是产氢速度快，反应器设计简单，且能够利用可再生资源和废弃有机物进行生产，相对于前者更容易在短期内实现。

发酵法制氢的研究始于90年代中，但是由于研究小组不多，进展并不大。90年代末到本世纪初，由于逐步意识到发酵制氢具有在近期内实现产业化的潜力，在暗发酵制氢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产氢能力，因此利用发酵产氢微生物，将葡萄糖等生物质转化为氢气在技术本身没有问题，而一直困扰其应用的是过程经济性的问题，即如何降低发酵制氢的成本，使之可以和化石能源催化重整制氢的经济性相比拟，或者使之可以与其他生物能源(生物制甲烷、燃料酒精、生物柴油)相竞争。当前的核心问题是如何提高从葡萄糖到氢气的转化效率，包括转化速度和转化率。研究者从自然界中分离纯化新的产氢菌种，通过基因工程改造产氢菌及氢酶，取得了大量的研究成果，有了一定的研究进展，但是要和传统的化石能源相竞争，还是需要进一步提高能量转化率和提高氢气的转化速度。

发明内容

本发明的目的是提供一种生产氢气的方法。

本发明提供的生产氢气的方法，是通过在含有磷酸根离子的培养基中培养产氢微生物生产氢气。

所述培养基中磷酸根离子(无机磷酸根离子、焦磷酸根离子、聚磷酸根离子)的浓度可为0.01-0.50mol/L。

所述磷酸根离子可为无机磷酸根离子，如(H₂PO₄)^-、(HPO₄)^2-或(PO₄)^3-。

所述无机磷酸根离子的浓度具体可为0.30mol/L。

所述磷酸根离子可为焦磷酸根离子。