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摘要：从清洁能源的角度看，氢是最合适的载动体。生物制氢技术技术作为一种无污染的清洁生产项目，现代世界上对此非常重视，利用高浓度有机废水生物处理工艺制取。不仅可以开发新能源，节约能量消耗及净化废水的重大意义。为社会带来明显的经济效益和环境效益。而且当今社会废水处理生物制氢工艺，不仅可以增高对有机污染的东西处理能力，而且还可以回收。
关键词；生物制氢 设备 技术研究
引言
随着能源稀缺以及使用过程中产生的环境污染问题的日益严重，人类面临寻找绿色、新能源的巨大难题。生物制氢对能源危机的到来和人们增强了对环境保护意识。生物氢技术逐渐受到大家的特别重视，氢气被之前的能源誉为“未来燃料”即实现了废气生物资源化，还可以减少资源污染。所以生物制氢技术被认为是一种发展前景美好型制氢新方法。
1.氢的现状
生物制氢在使用过程中产生的环境污染问题的出现。人类所面临着寻求绿色新能源的巨大问题。氢能替代化石燃料的能源；是一种最有发展潜力的。生物制氢具有低能耗，少污染等优势。生物制氢技術的出现在新能源的研究利用中受到人们的关注。本文主要介绍了生物制氢的基本原理、生物制氢的三种方法和技术的研究现状和实验的设计。
光合微生物的作用，在恰当的工程条件下及将大分子有机物分解成小分子有机酸以及氢气的过程。生物制氢具有的特点在与生物质的使用减少了二氧化碳的排放。一些作物的生物转变增加了农产品的所在价值等。但是，现在生物制氢还存在很多缺点，例如操作成本高，并且腐蚀、压力受阻碍和氢老化等这些问题，这些仍是制氢过程中的主要限制原因。现如今的生物制氢的方法主要有光合细菌制氢、微生物发酵制氢两种。这些微生物可以制氧是因为存在特殊的氧代谢系统。其中固氮酶和氢酶发挥了重要作用。
（1）固氮酶的概述
固氮酶是一种多用处的氧化还原酶，主要的成分钼铁蛋白和铁蛋白，存在于可以发生固氮作用的原核生物 如固氮菌、藻类和光和细菌等 这样可以把空气中的N2转化生成NH4+或者氨基酸，固氮酶催化的还原反应最少需要四个根本条件：钼铁蛋白，铁蛋白，ATP和Mg2+；电子供体和厌氧条件。可以通过氧化还原反应，在还原底物只有H+时，可以将H+氧化为H2.
（2）氢酶的概述
氢酶是一种多酶复合物，产生于原核和真核生物中，这其中主要成分是铁流蛋白，可以分为放氢酶和吸氢酶这两种，分别催化反应2H++2e-<=>H2的正反应和逆向反应。有很多微生物包含两种酶，但有的微生物只含有一种酶。O2对氢酶活性也有压迫作用。在原核生物中，自身菌体产生H2最主要是由固氮酶催化进行的，发挥酶的作用主要在氢酶，但是在真核生物（如藻类）中H2代谢主要由氢酶起催发作用。在氢酶的催发作用下，质子与电子结合形成分子态的氢，最终达到产生氢的目的。催化产氢反应的两个关键是氢酶和固氮酶，但是这两个酶都不是专一性产氢酶。固氮酶的主要作用是催化固氮反应，就是将分子氮还原成氨，只有当缺少分子氮的时候才会催化产生氢反应。这两种酶不仅在不一样的微生物中具有不一样的功能，即使在同一种微生物中不同的氧化还原条件下也起到不同的用处。对于现在的情况而言，经过专业人员的不断研究发现，观察很多颗以产氢的细菌，藻类。它们分别是莱茵衣藻Chlamydomonasreinhardtii、 绿藻斜生栅藻Scenedesmusobliquus、海洋绿藻Chlorococcunlittorale、Playtmonas subcordiformis、小球藻Chlorella fusca、等制氢的设备有很多种，其中在工业中制取氢气的有水电解制设备和氨分解制氧。其中水电制氧是一种特别方面的方法，在充足氢氧化钾或者氢氧化钠的电解槽中直接通入直流电，电极上水分子发生电化学反应，这样可以分解成氢气和氧气。这期中氨分解制氢的装置是一种简单、廉价地获取氢氨混合气的制氢方式。也是以液氧为原料，然后在催化剂的作用下，加热分解可以得到含有氢75%，含25%的混合气体，期中每公斤液氧可以产生2.6m3混合气，这个设备比水电解制氢装置投资小、成本低，结构简单，操作也很方面。氢气具有价值高、污染物零排放的特点，但是氢不是一次性燃料，自然界中没有纯氢，都是通过其他化学物质中转变、分离、分解得到，只是此过程需要消耗大量的能源。最终改善燃料利用机构，实现大气污染的好转趋势，且可以有效利用生物质这种丰富的、经济的可再生能源，可以真正的实现二氧化碳的“零排放” 。不同的国家或地区的制氧原料存在着很大的区别，这样制氧工艺也跟随着不同。制氧技术主要有以下几种方式。比如像北美天然气资源丰厚，巴西水力资源丰富，还有一个特别重要的是电的价格很低，比较适合电解水制氧。但是我们的国家电力成本高、而且发电过程中污染物排放量高，天然气资源也非常短缺，所以这两种制氢技术受到阻碍。但我国作为农业大国，生物质资源，特别是农作物秸秆大量充足，大概年生物质总量约为30亿吨这样算起来相当于10亿吨石油的量，所以我国更适合利用生物质原料制氢。其生物质制氢主要有两种方法；生物法制氢和热化学制氢。生物制氢所利用的产氢微生物不同，分为厌氧发酵和光合生物发酵。生物制氢前景宽广，但是目前还只限于实验室钻研，超过40d的研究实例特别少。即使短暂的产氢率较高，长时间的运行产率和产量也需要奋力提高。
2.问题及对策
2.1怎么样才能选出产氢高的菌种、合适的技术用来提高产氢率
无论是纯的还是混合的菌种，都是为了更好的提高产氢效率。优化已经满足不了要求，需要运用生物学对菌种进行改造，达到产氢目的，菌种改造包括：运用代谢进行菌种改造。对产氢的关键酶如同源，异源强化产氢过程通过蛋白质进行氢酶的强化，包含活性，耐氧性都是可以实行的。增大底物利用范围，不仅可以分别出产氢菌种，还可以同过基因手段降解不同物体的高分子的酶。
2.2氢高效的开发
在此过程反应器有很有成效的工作，但其中原理没有很详细的研究，也只是靠PH、水力停止的时间、接种来实现过程的控制。这也是打开制氢过程的新突破，研究菌种之间的关系，实现对过程的有效控制，核心问题是不同细菌、菌群间的代谢机制。分析产氢中细菌的分布，采用荧光原味杂交技术、示踪技术分析菌群的解析。目前代谢构造只在一个单一的细菌中，怎么样研究有效地利用是现在的一个重要科学问题。在此外，产氢反应器的放大也是一个重要问题，。目前采用的载体固体话高效产氢反应体积仅3L，积极推动此类反应器将是未来制氢的重要研究课题。
2.3发酵细菌对产氢的稳定以及连续性
利用发酵细菌产氢有很大的进步，同时产氢的稳定和连续性的问题在产氢中是一大障碍，科学人员曾以菌种固定化、酶固定化技术来解决，特别是产氢酶的固定化技术的突破，将加快产氢的步伐。
2.4混合菌发酵氢中的抑制，发酵尾对细菌的反馈抑制等
有机废水存在很多适合生物和发酵型一起利用的底物，理论上实现处理废水同时利用光合细菌和发酵细菌中制氢的效率，实际运作中在使用反馈抑制存在的效果不明显甚至出现产氢效率低的问题，不过随着技术的发展，这些问题都会得到更好的解决。
3.结论
生物制氢对能源危机的到来和人们增强了对环境保护意识。生物氢技术逐渐受到大家的特别重视，氢气被之前的能源誉为“未来燃料”即实现了废气生物资源化，还可以减少资源污染.总之，生物制氢是解决能源危机，可以实现废物利用，改观环境的有效门径。将拥有壮阔的社会和经济前景。对此，本着自力更生、勤奋，爱拼搏的精神加快生物氢技术研究与开发的措施，是社会发展的需要。
参考文献
[1]谭天伟，王芳，邓丽，生物能源的研究现状及展望[J]，现代化工，2003，9（9）；8-12
[2]王志涛，王宝辉，冯进来，氢能制备技术发展概况[J]，油气田地面工程，2004，7（7）；33-33
[3]刘少文，吾广义，制氢技术现状及展望[J]贵州化工，2003，5（5）；4-9
项目名称：重2014-先12：生物制氢成套设备关键技术研发
项目编号：JSGG20140701142025265
关键词；生物制氢 设备 技术研究
引言
随着能源稀缺以及使用过程中产生的环境污染问题的日益严重，人类面临寻找绿色、新能源的巨大难题。生物制氢对能源危机的到来和人们增强了对环境保护意识。生物氢技术逐渐受到大家的特别重视，氢气被之前的能源誉为“未来燃料”即实现了废气生物资源化，还可以减少资源污染。所以生物制氢技术被认为是一种发展前景美好型制氢新方法。
1.氢的现状
生物制氢在使用过程中产生的环境污染问题的出现。人类所面临着寻求绿色新能源的巨大问题。氢能替代化石燃料的能源；是一种最有发展潜力的。生物制氢具有低能耗，少污染等优势。生物制氢技術的出现在新能源的研究利用中受到人们的关注。本文主要介绍了生物制氢的基本原理、生物制氢的三种方法和技术的研究现状和实验的设计。
光合微生物的作用，在恰当的工程条件下及将大分子有机物分解成小分子有机酸以及氢气的过程。生物制氢具有的特点在与生物质的使用减少了二氧化碳的排放。一些作物的生物转变增加了农产品的所在价值等。但是，现在生物制氢还存在很多缺点，例如操作成本高，并且腐蚀、压力受阻碍和氢老化等这些问题，这些仍是制氢过程中的主要限制原因。现如今的生物制氢的方法主要有光合细菌制氢、微生物发酵制氢两种。这些微生物可以制氧是因为存在特殊的氧代谢系统。其中固氮酶和氢酶发挥了重要作用。
（1）固氮酶的概述
固氮酶是一种多用处的氧化还原酶，主要的成分钼铁蛋白和铁蛋白，存在于可以发生固氮作用的原核生物 如固氮菌、藻类和光和细菌等 这样可以把空气中的N2转化生成NH4+或者氨基酸，固氮酶催化的还原反应最少需要四个根本条件：钼铁蛋白，铁蛋白，ATP和Mg2+；电子供体和厌氧条件。可以通过氧化还原反应，在还原底物只有H+时，可以将H+氧化为H2.
（2）氢酶的概述
氢酶是一种多酶复合物，产生于原核和真核生物中，这其中主要成分是铁流蛋白，可以分为放氢酶和吸氢酶这两种，分别催化反应2H++2e-<=>H2的正反应和逆向反应。有很多微生物包含两种酶，但有的微生物只含有一种酶。O2对氢酶活性也有压迫作用。在原核生物中，自身菌体产生H2最主要是由固氮酶催化进行的，发挥酶的作用主要在氢酶，但是在真核生物（如藻类）中H2代谢主要由氢酶起催发作用。在氢酶的催发作用下，质子与电子结合形成分子态的氢，最终达到产生氢的目的。催化产氢反应的两个关键是氢酶和固氮酶，但是这两个酶都不是专一性产氢酶。固氮酶的主要作用是催化固氮反应，就是将分子氮还原成氨，只有当缺少分子氮的时候才会催化产生氢反应。这两种酶不仅在不一样的微生物中具有不一样的功能，即使在同一种微生物中不同的氧化还原条件下也起到不同的用处。对于现在的情况而言，经过专业人员的不断研究发现，观察很多颗以产氢的细菌，藻类。它们分别是莱茵衣藻Chlamydomonasreinhardtii、 绿藻斜生栅藻Scenedesmusobliquus、海洋绿藻Chlorococcunlittorale、Playtmonas subcordiformis、小球藻Chlorella fusca、等制氢的设备有很多种，其中在工业中制取氢气的有水电解制设备和氨分解制氧。其中水电制氧是一种特别方面的方法，在充足氢氧化钾或者氢氧化钠的电解槽中直接通入直流电，电极上水分子发生电化学反应，这样可以分解成氢气和氧气。这期中氨分解制氢的装置是一种简单、廉价地获取氢氨混合气的制氢方式。也是以液氧为原料，然后在催化剂的作用下，加热分解可以得到含有氢75%，含25%的混合气体，期中每公斤液氧可以产生2.6m3混合气，这个设备比水电解制氢装置投资小、成本低，结构简单，操作也很方面。氢气具有价值高、污染物零排放的特点，但是氢不是一次性燃料，自然界中没有纯氢，都是通过其他化学物质中转变、分离、分解得到，只是此过程需要消耗大量的能源。最终改善燃料利用机构，实现大气污染的好转趋势，且可以有效利用生物质这种丰富的、经济的可再生能源，可以真正的实现二氧化碳的“零排放” 。不同的国家或地区的制氧原料存在着很大的区别，这样制氧工艺也跟随着不同。制氧技术主要有以下几种方式。比如像北美天然气资源丰厚，巴西水力资源丰富，还有一个特别重要的是电的价格很低，比较适合电解水制氧。但是我们的国家电力成本高、而且发电过程中污染物排放量高，天然气资源也非常短缺，所以这两种制氢技术受到阻碍。但我国作为农业大国，生物质资源，特别是农作物秸秆大量充足，大概年生物质总量约为30亿吨这样算起来相当于10亿吨石油的量，所以我国更适合利用生物质原料制氢。其生物质制氢主要有两种方法；生物法制氢和热化学制氢。生物制氢所利用的产氢微生物不同，分为厌氧发酵和光合生物发酵。生物制氢前景宽广，但是目前还只限于实验室钻研，超过40d的研究实例特别少。即使短暂的产氢率较高，长时间的运行产率和产量也需要奋力提高。
2.问题及对策
2.1怎么样才能选出产氢高的菌种、合适的技术用来提高产氢率
无论是纯的还是混合的菌种，都是为了更好的提高产氢效率。优化已经满足不了要求，需要运用生物学对菌种进行改造，达到产氢目的，菌种改造包括：运用代谢进行菌种改造。对产氢的关键酶如同源，异源强化产氢过程通过蛋白质进行氢酶的强化，包含活性，耐氧性都是可以实行的。增大底物利用范围，不仅可以分别出产氢菌种，还可以同过基因手段降解不同物体的高分子的酶。
2.2氢高效的开发
在此过程反应器有很有成效的工作，但其中原理没有很详细的研究，也只是靠PH、水力停止的时间、接种来实现过程的控制。这也是打开制氢过程的新突破，研究菌种之间的关系，实现对过程的有效控制，核心问题是不同细菌、菌群间的代谢机制。分析产氢中细菌的分布，采用荧光原味杂交技术、示踪技术分析菌群的解析。目前代谢构造只在一个单一的细菌中，怎么样研究有效地利用是现在的一个重要科学问题。在此外，产氢反应器的放大也是一个重要问题，。目前采用的载体固体话高效产氢反应体积仅3L，积极推动此类反应器将是未来制氢的重要研究课题。
2.3发酵细菌对产氢的稳定以及连续性
利用发酵细菌产氢有很大的进步，同时产氢的稳定和连续性的问题在产氢中是一大障碍，科学人员曾以菌种固定化、酶固定化技术来解决，特别是产氢酶的固定化技术的突破，将加快产氢的步伐。
2.4混合菌发酵氢中的抑制，发酵尾对细菌的反馈抑制等
有机废水存在很多适合生物和发酵型一起利用的底物，理论上实现处理废水同时利用光合细菌和发酵细菌中制氢的效率，实际运作中在使用反馈抑制存在的效果不明显甚至出现产氢效率低的问题，不过随着技术的发展，这些问题都会得到更好的解决。
3.结论
生物制氢对能源危机的到来和人们增强了对环境保护意识。生物氢技术逐渐受到大家的特别重视，氢气被之前的能源誉为“未来燃料”即实现了废气生物资源化，还可以减少资源污染.总之，生物制氢是解决能源危机，可以实现废物利用，改观环境的有效门径。将拥有壮阔的社会和经济前景。对此，本着自力更生、勤奋，爱拼搏的精神加快生物氢技术研究与开发的措施，是社会发展的需要。
参考文献
[1]谭天伟，王芳，邓丽，生物能源的研究现状及展望[J]，现代化工，2003，9（9）；8-12
[2]王志涛，王宝辉，冯进来，氢能制备技术发展概况[J]，油气田地面工程，2004，7（7）；33-33
[3]刘少文，吾广义，制氢技术现状及展望[J]贵州化工，2003，5（5）；4-9
项目名称：重2014-先12：生物制氢成套设备关键技术研发
项目编号：JSGG20140701142025265