[发明专利]一种利用微藻提高氢气产量的方法

说明书

技术领域

本发明属于微藻生物技术领域，具体的说是涉及一种利用微藻提高氢气产量的方法。

背景技术

人类社会发展始终与能源息息相关。能源既是经济发展的命脉也是社会发展的推动力，决定着现代文明进步程度。伴随着全球经济高速增长和城市化进程加快，对能源需求日益增大，同时传统能源都具有不可再生性，终将枯竭，因此能源短缺问题不可避免并将日益突出。另一方面，社会与经济发展对能源过度依赖，引发不同经济体间为抢夺能源发生矛盾甚至冲突，导致世界局部地区动荡和市场巨大波动，直接或间接地影响到经济发展、社会稳定甚至国家安全。

我国面临十分严峻的能源紧张形势，传统化石能源短缺、储备严重不足，远远不能满足高速发展的经济社会需要，目前我国已经成为全球石油消耗大国，其消耗量仅次于美国位于全球第二。预计到2020年，我国对能源进口的依赖度将从现在40％增加到60％，2030年甚至可能达到80％。同时，传统燃料排放大量CO₂，导致温室效应日趋严重，因而引起气候变暖、季节变迁和灾害性天气频发，甚至引发严重的自然生态破坏等系列问题，由此导致每年数千亿美元损失。CO₂减排已成为亟待解决的全球性问题。因此寻求可再生能源，特别是不产生CO₂的可再生净洁能源将是社会关注的大问题。

氢气是一种清洁、高效的能源载体，燃烧时只生成水，不产生任何污染物，是最具有吸引力的可替代能源。但目前人类制取的氢气95％以上，仍然是从化石资源中的碳氢化合物水蒸气催化重整反应而来，不能实现氢能的可持续发展。

微藻接近植物种类的50％，在种质、生态分布、遗传信息、生化组成、代谢途径等方面具有出多样性、复杂性和特殊性，是人类社会持续发展的新资源库。某些微藻可光合制氢，即微藻细胞在特定条件下利用太阳能裂解水释放氢气，该代谢过程是由太阳光驱动的、以水为电子供体生产氢气，也是对环境友好的生物能量转化体系。由于微藻在自然界分布广，对生存环境适应性强，繁殖速度快，是固定太阳能的重要生物群体，微藻产氢途径又是以清洁、可再生、不含碳且来源极为丰富的水为底物，从理论上讲，微藻光合产氢比生成有机物效率更高，是实现能源可持续生产的最理想途径。

然而微藻裂解水不仅产生氢气，同时还产生氧气，由于绿藻产氢过程类对O₂非常敏感，因此细胞厌氧状态是诱导绿藻产氢的必要条件。近年来，成功开发出两步法光水解制氢工艺，第一步，利用微藻进行正常的光合作用，固定CO₂，释放O₂，积累有机物；第二步，在无硫状态下使PSⅡ活性受到抑制，使呼吸作用消耗的O₂超过光合作用所产生的O₂，细胞逐渐进入厌氧状态，消耗细胞内代谢物质产生氢气。上述光合制氢工艺技术也是目前微藻最经典和高效的。

发明内容

本发明目的在于提供一种利用微藻提高氢气产量的方法。

为实现上述目的，本发明技术方案为：

一种利用微藻提高氢气产量的方法，在光生物反应室内，接种产氢微藻后进行人工培养，然后转入低氮和缺硫的特定培养基中诱导厌氧培养，进而降低微藻细胞光合放氧速率，维持厌氧状态，完成诱导产氢。

将微藻于培养基中置于光生物反应室内，在室温、光照强度25-35μE·m^2-·s^-1和光照周期14:10(光照:黑暗)条件下，培养至对数生长期，将生长至对数生长期的微藻转入低氮和缺硫等特定培养基中，培养至稳定期，而后以3000r/min离心收集藻细胞，再将藻细胞悬浮于低氮和缺硫的特定培养基中，于密封条件下以30-40μE·m^2-·s^-1持续光照下诱导光合厌氧产氢，收集产生的氢气。

所述淡水微藻接种于TAP培养基中，在生物反应室内培养至对数生长期；而后将生长至对数生长期的微藻转入低氮和缺硫的淡水改良的TAP培养基中。

所述海水微藻接种于L1培养基或ASW培养基中，在生物反应室内培养至至对数生长期；而后将生长至对数生长期的微藻转入低氮和缺硫的以天然海水改良的L1培养基，或以人工海水改良的ASW培养基中。

所述光生物反应室包括光反应室、气体收集装置和气体管道；所述光反应室通过气体管道与气体收集装置相连；气体收集装置设于排水收集容器内；