《改变生活的生物技术》课程教学资源（阅读材料）光发酵和暗发酵耦合制氢技术

光发酵和暗发酵耦合制氢技术 赵佳欣18301020138 技术原理 光发酵和暗发酵耦合制氢技术是将光暗两种发酵技术结合在一起,先进行暗发酵 再经过光发酵产氢。暗发酵后的发酵液中含有丰富的有机酸可用于光发酵,如此 可消除有机酸对暗发酵制氢的抑制作用,而光发酵中的光合细菌对有机酸的利用 则能降低废水的COD值 葡萄糖作为两步发酵的基质时,反应方程如下 暗发酵阶段: C6H12 O6+2H,0-+4H,+2C0,+ 2CH, COOH 光发酵阶段 2CH, COOH +41,0+light energy+8H, +4CO 厌氧细菌和光合细菌联合产氢途径 甲酸 4H formic acid dG +33 kcal CO2 8 kcah 0葡萄糖 44 kcal 厌氧发酵细菌 butyric acid 61 kcal 光合细菌 photosynthetic bacterium 生物制氢反应器 二

光发酵和暗发酵耦合制氢技术 赵佳欣 18301020138 技术原理 光发酵和暗发酵耦合制氢技术是将光暗两种发酵技术结合在一起，先进行暗发酵， 再经过光发酵产氢。暗发酵后的发酵液中含有丰富的有机酸可用于光发酵，如此 可消除有机酸对暗发酵制氢的抑制作用，而光发酵中的光合细菌对有机酸的利用 则能降低废水的 COD 值。 葡萄糖作为两步发酵的基质时，反应方程如下： 厌氧细菌和光合细菌联合产氢途径 生物制氢反应器

(1)光发酵制氢是光合细菌利用有机物通过光发酵作用产生氢气。 有机物 光能 光能异养型微生物 氢气 特点:利用光能分解有机物,并产 生氢 例:无硫紫细菌 无硫紫细菌在缺氮条件下,用光能和还原性 底物产生氢气:CH1206+12H20 Light energy 12H2+6c0 代表菌株为: Rhodosp iri l lum rubrum 180 ml H2/L of Rb sphero ides: 3. 6-4.0 L H2/L i mobil i zed culture/h 已有将这类微生物光发酵产氢用于处理有机 废水的实例 (2)暗发酵制氢是异养型厌氧细菌利用碳水化合物等有机物,通过暗发酵作用 产生氢气 投入:各种有机物 微生物(暗发酵) 产出:氢气 NADH 内酮酸 H: 蚁酸 NADH 乙限辅酶A 代谢产物 图43典型的厌氧微生物产氢发酵途径

（1）光发酵制氢是光合细菌利用有机物通过光发酵作用产生氢气。 例：无硫紫细菌 （2）暗发酵制氢是异养型厌氧细菌利用碳水化合物等有机物，通过暗发酵作用 产生氢气

技术应用 1.生产清洁生物能源 2.用作内燃机燃料,可用于氢燃料汽车 3.用作燃料电池 4.用于热核反应 石油、电力、化工、化纤等行业都大量用氢,可为这些行业提供原料,但目前光 发酵和暗发酵耦合制氢技术尚未成熟。 技术优缺点 1.优点 (1)光发酵和暗发酵耦合制氢技术,比单独使用一种方法制氢具有很多优势。将 两种发酵方法结合在一起,相互交替,相互利用,相互补充,转化底物效率高, 可提高氢气的产量 (2)清洁,节能,不消耗矿物资源,以造纸工业废水、发酵工业废水、农业废 料(秸秆、牲畜粪便等)、食品工业废液等为原料进行生物制氢,既可获得洁净的 氢气,又不另外消耗大量能源 (3)在应对全球气候变化、能源供需矛盾、保护生态环境等方面有重要作用》 2.缺点 (1)总体上,生物制氢技术尚未完全成熟,在大规模应用之前尚需深入研究。 (2)商业化开发利用经验不足 (3)标准体系不健全

技术应用 1.生产清洁生物能源 2.用作内燃机燃料，可用于氢燃料汽车 3.用作燃料电池 4.用于热核反应 石油、电力、化工、化纤等行业都大量用氢，可为这些行业提供原料，但目前光 发酵和暗发酵耦合制氢技术尚未成熟。 技术优缺点 1.优点 （1）光发酵和暗发酵耦合制氢技术，比单独使用一种方法制氢具有很多优势。将 两种发酵方法结合在一起，相互交替，相互利用，相互补充，转化底物效率高， 可提高氢气的产量。 （2）清洁，节能，不消耗矿物资源，以造纸工业废水、发酵工业废水、农业废 料(秸秆、牲畜粪便等)、食品工业废液等为原料进行生物制氢，既可获得洁净的 氢气，又不另外消耗大量能源。 （3）在应对全球气候变化、能源供需矛盾、保护生态环境等方面有重要作用》 2.缺点 （1）总体上，生物制氢技术尚未完全成熟，在大规模应用之前尚需深入研究。 （2）商业化开发利用经验不足。 （3）标准体系不健全