生物制氢技术在 21 世纪的研究进展

1 引言

氢成为 21

 

世纪的新能源之 随着全球对石油需求量的日益增加，全球石油储量不断减

少。最新研究表明：如果按目前全球的消费趋势，地球上可采集的石油资源最多能使用到
21 世纪末。石化、燃煤能源的使用，还带来严重的大气环境的污染，人们日益感觉到开发

 

绿色可再生能源的急迫性，因此研究和开发新能源被提到紧迫的议事日程。 第二条是燃
料电池汽车问世，福特和丰田公司的实验性燃料电池汽车将在 2004 年上市。第九条是替
代能源挑战石油能源，风能、太阳能、地热、生物能和水力发电将占到全部能源需求的
30

“

”

％。这两条实际上都是新型能源的开发利用。我国 十五 国家重点开发技术项目中也将

 

新型能源的开发利用放在极为重要的位置。目前，人们对风能、太阳能的开发已经有了相
当的研究，并已到了进行加以直接使用的阶段，生物能的研究也取得了重要的进展，但
是如何将所获得的能量储存起来，如何将能量转化为交通工具可利用的清洁高效能源，
是一亟待解决的重要课题。

2 生物制氮技术的研究进展

2.1 传统制氢工艺方法

传统的制氢工艺方法有：电解水；烃类水蒸汽重整制氢方法及重油（或渣油）部分

 

氧化重整制氢方法。电解水方法制氢是目前应用较广且比较成熟的方法之一。水为原料制
氢工程是氢与氧燃烧生成水的逆过程，因此只要提供一定形式一定的能量，则可使水分
解成氢气和氧气。提供电能使水分解制得的氢气的效率一般在 75％－85％。其中工艺过程
简单，无污染，但消耗电量大，因此其应用受到一定的限制。目前电解水的工艺、设备均

 

在不断的改进，但电解水制氢能耗仍然很高。 烃类水蒸汽重整制氢反应是强吸热反应，
反应时需外部供热。热效率较低，反应温度较高，反应过程中水大量过量，能耗较高，造

 

成资源的浪费。 重油氧化制氢重整方法，反应温度较高，制得的氢纯度低，也不利于能
源的综合利用。

2．2

 

新型生物制氢工艺的发展 随着氢气用途的日益广泛，其需求量也迅速增加。传

统的制氢方法均需消耗大量的不可再生能源，不适应社会的发展需求。生物制氢技术作为
一种符合可持续发展战略的课题，已在世界上引起了广泛的重视。如德国、以色列、日本、
葡萄牙、俄罗斯、瑞典、英国、美国都投入了大量的人力物力对该项技术进行研究开发。近几
年，美国每年由于生物制氢技术研究的费用平均为几百万美元，而日本在这一方面研究
领域的每年的投资则是美国的 5 倍左右，而且，在日本和美国等一些国家为此还成立了
专门机构，并建立了生物制氢发展规划，以期通过对生物制氢技术的基础和应用的研究 ，
使在 21 世纪中叶使该技术实现商业化生产。在日本，由能源部主持的氢行动计划，确立
的最终目标是建立一个世界范围的能源网络，以实现对可再生能源 --氢的有效生产，运
输和利用。该计划从 1993 年到 2020 年横跨了 28 年。

生物制氢课题最先由 Lewis 于 1966 年提出，20 世纪 70 年代能源危机引起了人们对生

 

物制氢的广泛关注，并开始进行研究。生物质资源丰富，是重要的可再生能源。生物质可
通过气化和微生物催化脱氢方法制氢。在生理代谢过程中产生分子氢，可分为两个主要类
群：

l 、 包 括 藻 类 和 光 合 细 菌 在 内 的 光 合 生 物 ；

 

Rhodbacter8604，R.monas2613，R.capsulatusZ1，R.sphaeroides 等光合生物的研究已经开展