微生物发酵产氢技术研究进展.pdfVIP

第26卷第6期 天津化工 V01-26No．6 2012年11月 Chemical NOV．2012 Tianjin Industry ·专论与综述· 微生物发酵产氢技术研究进展 万涛，黄笛，邱春生。闻建平 (天津大学化工学院系统生物工程教育部重点实验室，天津300072) 摘要：化石能源的短缺和环境污染的出现使可再生能源和清洁能源的开发变得十分迫切。由于氢气 是一种清洁、高效的能源，所以有关微生物发酵制氢逐渐成为关注的热点。本文主要介绍氢气的微 生物代谢途径及关键酶，重点综述极端高温产氢菌群及发酵产氢工艺，并展望利用复杂非粮原料产 氢菌及其工艺技术，结合系统生物学和合成生物学对现有产氢茵提高生产效率和构建产氢新途径 提供理论指导。 关键词：微生物制氢；代谢途径；高温混合菌群；系统生物学；合成生物学 doi：10．3969／j．issn．1008-1267．2012．06．001 中图分类号：X703；X705文献标志码：A 本文主要对氢气的微生物发酵代谢途径和关 有机底物降解产氢，不需要光能源，不依赖于光照， 键酶、极端高温产氢菌群及其发酵产氢的研究现状 可以持续进行；同时发酵产氢的生产能力较高(3～4 进行了分析，同时结合系统生物学和合成生物学对 mol氢气／mol己糖)，更具实用价值，近年来得到了 利角复杂非粮原料产氢优势菌群及其研究技术的 广泛研究。 开发进行了展望。 2微生物发酵产氢代谢途径研究进展 1氢气的生产方法 2。1微生物发酵产氢途径 氢气啦生产途径主要有三种，即：(1)利用化石 发酵产氢是指利用产氢微生物，在厌氧条件和 燃料制氢，包括天然气的转化、天然气的热裂解、石 酸性条件下将有机物分解转化为氢气。目前，细菌 脑油等碳氢化合物的部分氧化以及煤的气化等[11； 产氢过程可通过丙酮酸产氢途径、甲酸分解产氢途 (2)利用水制氢，如水的电解光解热化学分解和直 接热分解等；(3)生物制氢。目前，工业用氢气70％现，丙酮酸产氢途径和甲酸分解产氢途径也称为氢 以上是通过煤的气化和水的电解方式，但这两种方 的直接产生途径【6】。 式都需要消耗大量的化石燃料，而且污染环境，不 2．1．1糖酵解途径中的丙酮酸脱羧产氢 具有可持续发展性。生物制氢法具有安全、低成本、 包括两种方式【71，第一种是丙酮酸在丙酮酸脱 环境友好以及对可再生物质资源合理利用的 氢酶的作用下脱羧，形成硫胺素焦磷酸酶的复合 优点[21，对保护环境有着重要的意义。 物，将电子转移给还原态的铁氧还蛋白，然后利用 根据微生物的代谢机制不同，生物制氢技术主 氢酶被重新氧化成氧化态的铁氧还蛋白，产生氢 要分为光合法和发酵法两大类f31。光合法生物制氢 气；第二种是通过甲酸裂解的途径产氢，丙酮酸 是利用光合细菌或微藻将太阳能转化为氢能【41。光 脱羧后形成的甲酸以及厌氧条件下CO：和H+生 合产氢按照途径不同可以分为两大类：一种是光合 成的甲酸，利用铁氧还蛋白和氢酶作用分解为CO： 自养微生物产氢，另一种是光合异养微生物产氢。 和H2。 光合自养微生物主要依靠分解水来产生氢气，光合 2．1．2辅酶I的氧化与还原平衡调节产氢[81 异养微生物主要依靠分解有机质来产生氢气。目前