[发明专利]一种煤层菌群功能重塑的煤基生物质暗发酵制氢方法

说明书

一种煤层菌群功能重塑的煤基生物质暗发酵制氢方法，属于生物质制氢技术领域。以煤层中的产甲烷菌群为基础菌源，通过煤炭‑生物质联合诱导发酵，使煤层菌群适应生物质发酵环境并获得产甲烷菌群；利用代谢底物驯化和敏感离子与抗生素联合调控方法，进一步利用调控因子诱导方法靶向切断非产氢产酸、氢产甲烷和氢产有机酸的关键噬氢代谢生物代谢点位，重塑煤层菌群代谢功能，实现煤基产甲烷菌群代谢功能由产甲烷转为产氢，通过调控新构产氢菌群的优势菌种结构平衡、底物代谢选择性与利用率、关键代谢产物抑制因素，实现高效、稳定的煤基生物质暗发酵制氢，以及产氢工业化应用。优点：降低了发酵制氢成本，丰富了底物来源结构，保障了可持续生物制氢。

技术领域

本发明涉及生物质制氢技术领域，特别是一种煤层菌群功能重塑的煤基生物质暗发酵制氢方法。

背景技术

清洁能源产业发展和碳排放控制要求激励了制氢技术的蓬勃发展。其中生物厌氧暗发酵制氢技术是各类制氢技术中的一类重要技术方法。当前产氢的获取主要从土壤、各类动物排泄物及极端环境中分离获得。

土壤源菌群长期存活于有氧环境，其中厌氧菌含量相对较低，并且厌氧产氢菌与好氧菌、兼性厌氧菌、各类真菌相共生，以土壤菌源为唯一菌源获取的具备厌氧产氢功能的菌群对纤维素和半纤维素的分解能力相对较弱，从而限制了产氢能力，采用外源菌引入方法不仅菌种融合技术难度大，并且多源菌群组建的人工混合菌稳定性不佳。

动物排泄物菌种则存在于经前消化系统形成的食糜介质中，直接分离出的产氢菌对纤维素和半纤维素的分解能力相对较弱，并且该类菌在肠道选择下导致它们的适宜温度高于35℃，有些甚至需要42℃以上环境才能达到最佳代谢速率，工业应用能耗大，生物质降解能力欠佳。

而极端环境中的菌群已经适应各类高温、超低温、强酸、强碱等特殊环境，该类菌难以稳定存活于常温环境中。

现有生物厌氧暗发酵制氢技术中，难有单一菌源能同时在30℃以下环境温度产气优良、适应厌氧环境、底物降解能力强的制氢方法。

发明内容

技术问题：本发明的目的是要提供一种煤层菌群功能重塑的煤基生物质暗发酵制氢方法，解决实现高效产氢需要多源菌复合致使菌源构建与技术实施复杂的问题。

技术方案：本发明的目的是这样实现的，以煤层中的产甲烷菌群为基础菌源，通过煤炭-生物质联合诱导发酵，使煤层菌群适应生物质发酵环境并获得产甲烷菌群；利用代谢底物驯化和敏感离子与抗生素联合调控方法，进一步利用调控因子诱导方法靶向切断非产氢产酸、氢产甲烷和氢产有机酸的关键噬氢代谢生物代谢点位，重塑煤层菌群代谢功能，实现煤基产甲烷菌群代谢功能由产甲烷转为产氢，通过调控新构产氢菌群的优势菌种结构平衡、底物代谢选择性与利用率、关键代谢产物抑制因素，实现高效、稳定的煤基生物质暗发酵制氢，以及产氢工业化应用。

具体步骤如下：

步骤1、煤基产甲烷菌群获取

探寻同时符合以下条件的煤层为菌样获取煤层，菌样获取煤层的选择需同时满足以下要求：

(1)煤层埋深600m；

(2)煤层温度24-30℃；

(3)煤层未进行过压裂、注水等水利化措施；

(4)煤层水与地表水系不贯通；

(5)煤层含有煤层气，并且煤层气中有生物气组分；

菌样获取煤层中选择新剥露煤，采用掏槽法取直径介于5-10cm块状煤样10kg，煤样即刻封存在厌氧无菌罐内；

罐内初始采用100％浓度的CO₂填充，煤样放入后，氮气置换并检测CO₂浓度，直到罐内CO₂浓度小于1％；煤样保持密封并且保存温度小于30℃条件下送至预培育实验室。