随着化石燃料的枯竭与温室效应等环境问题的突
出，节能减排和开发新能源成为解决能源危机的主要 方式。而原料来源广、可再生的生物质能是仅次于煤 炭、石油和天然气的世界第四大能源，它能在一定程 度上减少对大气环境的污染。因此，生物质能源利用 技术的开发对替代或部分替代化石能源、保护生态环 境、实现人类社会的可持续发展具有重要意义。
氢能是一种可再生的清洁能源，单位燃烧的热值 高，燃烧后生成的H，0对环境无污染。从节省能源的 角度看，采用化学反应和电解水制氢不能从根本上解 决能源危机问题，因而生物制氢作为一种环保清洁的 能源技术正被人们进行着深入研究与应用。

1生物质能开发利用技术的发展应用

生物质能是绿色植物通过光合作用吸收CO：和水 合成碳水化合物，并将太阳能转化为化学能而固定下 来的一种自然资源，其主要以沼气、生物柴油、生物
乙醇等形式存在。
沼气利用技术是指有机物在厌氧条件下通过酶的 催化作用分解为以甲烷为主的利用技术，其发酵方式 生产的甲烷比直接燃烧、热裂解或气化等过程洁净且 节省能源，但甲烷燃烧仍会释放CO，气体。
生物柴油是动、植物油、餐饮废油等与甲醇或乙 醇在催化剂及230。250℃温度条件下，经酯化或酶的 催化作用转化而成。因生物柴油中硫的含量少，使得 二硫化物或硫化物的排放量较低，但有蒸发性较差、 酯化和催化过程中能耗高和酶转化效率低等问题。
生物乙醇主要包括粮食乙醇和纤维乙醇，它是将 有机底物经酶水解为可发酵性糖，再被真菌和酵母菌 发酵为乙醇和CO，。
目前，由于玉米乙醇、生物柴油以粮食、油料种 子为原料，须占用大量耕地，与国家粮食安全存在矛 盾，不可能在我国进行大规模生产。为解除粮食隐患， 以纤维素等非粮生物质原料生产燃料乙醇的技术已投
人研究。在纤维乙醇的制取中，因需大量的纤维素酶、
化学药品及后期的废水处理等问题使得其生产成本居 高难下，且纤维吸水性强，糖化后乙醇浓度低，从而 导致蒸馏环节能耗较大。因此，以纤维素生物质为原 料的新兴生物质能技术(包括纤维乙醇和微生物制氢 技术等)正处于研发示范阶段，可望在未来20年内逐 步实现工业化和商业化应用。从长远的发展方向来 看，生物质制氢既可用于燃料电池，也可成为今后氢 燃料的主要来源之一，因此有较大的发展前景。

2   生物制氢的研究现状与方法

生物制氢在我国的研究发展迅速，特别是在发酵 生物制氢技术方面，从产氢的机理、细菌的选育、细 菌的生理生态学、生物制氢反应设备的研制等方面都 进行了大量研究¨吒】。目前，大多数研究集中在纯化细 菌和细胞同定化技术上，由于其成本高，不利于生物 制氢的推广使用。
厌氧发酵和光合作用是生物制氢的主要方式。 厌氧发酵制氧是底物在氢化酶的作用下，通过发
酵细菌生理代谢释放分子氢的形式平衡反应中的剩余 电子来保证代谢过程的顺利进行。其中主要通过丙酮 酸脱羧和辅酶I的氧化与还原平衡调节2种途径产氢。 丙酮酸脱羧产氢是氢化酶和铁氧还原蛋白(Fdred)通 过一定途径释放脱氢反应中的电子来保持反应平衡， 最终生成CO，、H，、乙酸、乙醇等。辅酶I的氧化与还 原平衡调节产氢是还原型辅酶I(NADH+H+)与一定 比例的有机酸发酵相藕联而被氧化为辅酶I(NAD+)， 从而保证代谢过程中NADH+H+／NAD+的平衡和生物生 理代谢过程的正常进行【3】。
光合作用制氢是利用藻类和光合细菌直接将太阳 能转化为氢能。在光合成生物制氢、光分解生物制氢、 光合异养菌水气转化反应和光发酵生物制氢4种光合 制氢途径中，光发酵生物制氢的产氢鼍相对于其它3种 途径高。它是通过光子捕获得光合作用后的能星将电 荷分离产生高能电子，并形成ATP，而高能电子产生 Fdred，固氮酶利用ATP和Fdred将氢离子还原为氢气【4】。 相对于厌氧发酵制氢，光合制氢由于光合产氢细 菌生长速度慢、光转化效率低和光发酵设备设计困难 等问题而不易实现其实际应用。因此，厌氧发酵制氢 是更具有发展潜力、更理想的制氢方法【5J，但是产氢
量和产氢率仍是需要解决的问题。

3   生物制氢中生态因子的彰响

生物制氧通过微生物在适宜环境中生长并吸收营
在制氢反应中pH、金属离子、C／N等生态因子会
影响产氢率和产氢稳定性。PH值的影响与细胞内 NADH／NAD+动态平衡和产氢菌的生理条件有关。蒲 贵兵等∞1的研究表明，pH值低于4会抑制产氢菌的生 长及产氢过程。王勇等"1在研究中发现，Fe单质能提 高代谢活性、产氢能力和诱导发酵类型。0．1  mg／L Ni+ 有利于激活Ni-Fe氢化酶，增加产氢率和产氢量哺l。发 酵中C／N可稳定产氢过程，但高的C／N会抑制光合细 菌中固氮酶的活性，影响产氢量归】。不同的接种物和 底物的产氢量也不同。过高的底物浓度不影响絮凝体 颗粒内物质的传质率，但易造成底物转化不完全和增 加细胞内总有机酸的含量，使得细胞活性降低110l。光 合发酵时还需考虑NH。+对反应的抑制作用和光强度 的影响，增加光强度有利于产氢量，但对有机酸的消 耗比率和光的转化效率有负面影响⋯1。针对生物制氢 中pH和NH。+等生态因子的优化问题，有学者提出暗、 光发酵联合制氢。暗发酵细菌能强降解大分子有机 物，去除抑制光合细菌的氨，但发酵液中有机酸易使
pH值下降导致产氢黾降低，而光合细菌可进一步分解 有机酸释放出H，【l 21。因此，优化生态因子来保持产氢 稳定性和提高产氢率是生物制氢的关键。

4   金属离子对生物制氢中酶促反应 的影响
在众多生态因子中，金属离子作为重要的生态因 子之一参与生物制氢中的酶促反应。在丙酮酸脱羧产 氢和辅酶I的氧化还原产氢中，Fe2+能促进脱氢酶活 性，提高产氢能力¨31。洪天求等¨41认为，Na+能活化 酶蛋白的催化基团或辅酶、底物分子的基团，加快催 化速度，诱导并参与体系的电子或质子传递，催化体 系发生氧化还原反应。因此，金属离子在维持细胞生 长的同时还能够提高生物制氢中酶的催化活力。
在酶蛋白中，由于含有一NH，和一COOH等亲水 基团，使得金属离子能结合多肽键的不稳定部分，并 中和细胞内离子或酶水解后的负电荷离子来稳定蛋白 活性。金属离子还可参与催化反应，其催化作用与酸 催化作用相似，有些金属离子可带上多个正电荷，作 用比质子强。有些金属离子还会发生络合效应，能将 底物固定到酶上，使得底物充分被酶水解。金属离子 还可参与ATP的水解，稳定细胞壁和激活蛋白酶。一 些氢化酶中有特别的质子和电子的传递通道，使得酶 催化氧化还原反应得以持续进行¨5。16J。因此，金属离 子对生物制氢的酶促反应具有重要意义。(责任编辑：南粤论文中心)转贴于南粤论文中心: http://www.nylw.net(南粤论文中心__代写代发论文_毕业论文带写_广州职称论文代发_广州论文网）