[发明专利]一种利用兼性厌氧菌发酵制氢的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种生物制氢的方法，尤其是一种利用兼性厌氧菌制氢的方法。

背景技术

随着经济的快速发展和人民生活水平的不断提高，我国能源消费总量也迅速增加。在目前所用的商品能源中95％是化石能源，但是由于化石能源开发利用过程中引起的环境问题，严重制约着可持续发展。在世界化石能源资源快速消耗，环境污染日益严重和气候变暖威胁逐渐增大的形势下，为了支持中国政府提出的到2020年单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年较少40％至45％的目标，氢等可再生能源的开发利用尤其要受到高度重视。氢作为一种清洁的新型能源，大大地减轻了对环境的污染，保护了自然界的生态平衡，而且它本身可再生，储量十分丰富，能量密度高，是汽油的2175倍，热转化率也很高。因此，它最有希望成为未来人类的清洁能源。

相对于日益完善的氢能利用下游体系，氢气却没有在以可再生资源为原料生产方面实现突破。目前，氢气主要来源还是化石燃料的重整转化(占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。生物制氢包括光驱动制氢和厌氧发酵制氢两种路径。与光合生物制氢相比，厌氧发酵制氢具有产氢率高、产氢速率快、产氢持续稳定、反应装置的设计操作简单、原料来源广泛且成本低等特点，更易于实现规模化生产，因而成为生物制氢研究的主要方向。厌氧发酵制氢菌种包括专性厌氧菌和兼性厌氧菌，其中，专性厌氧菌的培养、运输及工业化条件苛刻，而兼性厌氧菌具有广泛的适应性，是生物制氢工业化更理想的细菌。目前，兼性厌氧菌种类比较单一，缺乏新型菌种，产氢效率偏低，并且制氢条件待进一步优化。

通过专利检索，目前已有专利主要是对发酵底物和发酵装置的研究，如植物秸秆生物制氢发酵液的制备方法(01140458.2沈建权等)，一种污泥与有机垃圾混合生物制氢的方法(申请号：200710032658.0周少奇等)，生物发酵制氢装置(申请号：00231651.X沈建权)和高效发酵法生物制氢膨胀床设备(申请号：03260012.7任南琪等)等，而对于发酵菌种特别是高效产氢菌种的筛选研究相对薄弱，仅有一种生物制氢方法及其专用菌(申请号：200910088408.8邢新会等)，但该方法所用菌种是通过基因导入后的重组菌，操作较复杂，且发酵条件要求严格厌氧，不易推广。所以，对于兼性厌氧新型菌种的筛选以及制氢工艺条件的探索优化迫在眉睫。

发明内容

为了解决现有技术存在的生物制氢法操作复杂，发酵条件要求严格的问题，本发明主要包括一种利用兼性厌氧菌制氢的方法，该方法是在非严格厌氧条件下，，使用产气肠杆菌(Enterobacter aerogenes)CICC10293，以葡萄糖为发酵底物，采用分批发酵的方式，20小时即可高效完成制氢过程。

本发明的技术方案是：本发明所选用的兼性厌氧菌具体为肠杆菌科(Enterobacteriaceae)肠杆菌属(Enterobacter)的产气肠杆菌(Enterobacteraerogenes)CICC10293，该菌属原养型兼性厌氧革兰氏阴性菌，购自中国工业微生物菌种保藏中心(China Center of Industrial Culture Collection，CICC)。

一种利用兼性厌氧菌发酵制氢的方法，使用兼性厌氧菌为肠杆菌科(Enterobacteriaceae)肠杆菌属(Enterobacter)的产气肠杆菌(Enterobacteraerogenes)CICC10293，以蛋白胨、牛肉膏、氯化钠、水的混合液为培养基，以葡萄糖为发酵底物，在发酵初期，最好能够保证处于厌氧或是近厌氧环境，采用分批发酵的方法，制备得到氢气，其中，所述的培养基中蛋白胨的浓度为4～6g/L，牛肉膏为2～4g/L，NaCl为4～6g/L，在产生气体后的发酵中就不需要保证处于厌氧或是近厌氧环境了，此时对环境中的氧气浓度没有什么要求。