[发明专利]糖类、蛋白质、有机酸生物制氢发酵液的制备方法

说明书

本发明涉及一种发酵液的制备方法，特别是一种不但能够利用含有糖类、蛋白质等的粮食，变质、劣质废粮及粮食加工废料或含有这些物质的有机废水进行生物制氢，而且能够利用有机酸进行生物制氢的发酵液的制备方法。该生物制氢发酵液在一般制氢设备中即可制备氢气。

目前作为主体的矿石燃料储量有限，而且燃烧时产生CO₂和氮、硫等的氧化物，这些物质一旦排放到大气中，都是影响人类生存环境的大气污染物。为了促使经济与环境协调发展，实施可持续的发展战略，需要寻求能源合理利用的新途径。开发并转而应用其他可再生的新能源已在世界范围形成共识，这就使氢气成为各国科研人员一致公认的理想开发对象。

利用能够生产出氢气的微生物来制氢，是一种无污染且经济有效的好方法。生物制氢是1938年由M.Mickelson和C.H.Werkman提出来的。能够产生氢气的微生物，根据微生物生长所需能量来源，大体上可分为两大类：一类是利用有机物生长的非光合微生物(以下称厌氧型氢气生成细菌)，厌氧型氢气生成细菌通常利用有机物生存，并把有机物分解成有机酸、H₂、CO₂；另一类是利用光生长的光合微生物(以下称光合厌氧型氢气生成细菌)，光合厌氧型氢气生成细菌通常利用有机酸生存，并把有机酸分解成H₂、CO₂。这两大类氢气生成细菌，都是厌氧型氢气生成细菌。利用光合厌氧型氢气生成细菌通过有机酸制氢的研究在七十、八十年代就已形成了一个体系。由于原料来源有机酸，限制了工业化大规模生物制氢。

国际科学界利用糖类物质发酵后(参与发酵反应的细菌种类各异)可产生氢气的特点，一直在寻求更为经济的生物制氢方法。

本申请人研制开发的生物制氢发酵液(申请专利号00105462.7)，在无光照的条件下可以把含有糖类、蛋白质等的粮食，变质、劣质废粮及粮食加工废料或含有这些物质的有机废水等进行发酵，生成有机酸、H₂、CO₂。其中，有机酸中主要含有乙酸、丁酸，乙酸、丁酸可直接回收利用。

本申请人通过粮食发酵法，利用太阳能成功地培养出了利用有机酸的光合厌氧型氢气生成细菌。这样，就可以把含有糖类、蛋白质等的粮食，变质、劣质废粮及粮食加工废料或含有这些物质的有机废水及含有有机酸的发酵厂、酿酒厂、制糖厂、食品加工厂等的废水进行发酵，生成氢气和二氧化碳。二氧化碳一旦被排放到大气中就是一种温室气体。但如固定下来也有很多用途。如制干冰，作为超临界萃取的溶剂，用于碳酸饮料等。

本申请人的研究成果符合国家可持续发展战略的能源政策和环境政策，表明人类完全能从土地中培育出高效清洁能源。具有广阔的应用前景和显著的经济效益和社会效益。

因此，本发明的目的是提供一种利用太阳能的生物制氢发酵液的制备方法。利用本发明提供的发酵液制氢，可以把含有糖类、蛋白质等的粮食，变质、劣质废粮及粮食加工废料或含有这些物质的有机废水及含有有机酸的发酵厂、酿酒厂、制糖厂、食品加工厂等的废水通过发酵液的作用产生氢气，既可控制环境污染，又可变废为宝，产生新能源。

本发明的基本出发点是：在无氧的条件下，以粮食的水解液作为培养液，室温下通过细菌发酵来获得所需的发酵液，利用这种发酵液可使含有糖类、蛋白质等的粮食，变质、劣质废粮及粮食加工废料或含有这些物质的有机废水及含有有机酸的发酵厂、酿酒厂、制糖厂、食品加工厂等的废水通过发酵液的作用产生氢气，通过气体分离装置，可获得99.5％的纯氢气。

本发明所提供的利用太阳能的生物制氢发酵液的制备方法如下：(1)制备生物制氢培养液

将含有糖类、蛋白质的原料(如粮食)与水混合置于密闭透明容器中，用氮气或二氧化碳气体置换容器中的氧气，在室温条件下进行加水分解反应，加水分解反应时间为1～4个月，得到生物制氢培养液；(2)制备利用太阳能的生物制氢发酵液

将(1)制备的培养液在无氧的条件下继续进行室温发酵，发酵过程在无氧、间断式光照条件下进行，发酵时间为5～9个月，得到利用太阳能的生物制氢发酵液。本方法的特点是，在上述密闭透明容器中，不加入事先制备的菌种，而是用原料(如粮食)或水在自然状态下所含有的微生物进行发酵反应，得到利用太阳能的生物制氢发酵液。

在上述的制备方法中，间断式光照共分四个阶段，在第一阶段的2～3个月内，每天光照2～3小时；在第二阶段的1～2个月内，每天光照5～6小时；在第三阶段的1～2个月内，每天光照7～8小时；在第四阶段的1～2个月内，每天光照9小时。