[发明专利]一种高效产氢光合细菌菌株

说明书

技术领域

本发明涉及一种产氢光合细菌菌株，属于生物能源领域，主要通过从自然环境中进行筛选的方法得到一株以环境中有机废弃物为营养物质、能将太阳光能转换为清洁能源-氢能的光合细菌菌株，达到保护环境，实现资源的可持续利用的目的。

背景技术

氢是自然界存在最普遍的元素，据估计它构成了宇宙质量的75％，氢能具有许多优点首先氢气燃烧发热值高。除核燃料外氢的发热值是所有化石燃料、化工燃料和生物燃料中最高的，为142，351kJ/kg，是汽油发热值的3倍。其次氢燃烧性能好，点燃快，与空气混合时有广泛的可燃范围，而且燃点高，燃烧速度快。此外氢本身无毒，与其他燃料相比氢燃烧时最清洁，除生成水和少量氮化氢外不会产生诸如一氧化碳、二氧化碳、碳氢化合物、铅化物和粉尘颗粒等对环境有害的污染物质，而且燃烧生成的水还可继续制氢，反复循环使用。同时氢能利用形式多，既可以通过燃烧产生热能，在热力发动机中产生机械功，又可以作为能源材料用于燃料电池，或转换成固态氢用作结构材料。用氢代替煤和石油，不需对现有的技术装备作重大的改造。由以上特点可以看出氢是一种理想的新的含能体能源。

西方国家特别是美国特别重视氢能的开发和利用。美国于2001年5月17日出台的《国家能源政策》，大胆提出了发展氢能、在未来彻底摆脱对进口能源依赖的构想。随后，美能源部便开始着手对这一构想进行可行性和实施政策的研究。作为第一步，同年11月能源部召开了“国家氢能发展展望”研讨会，并形成了题为《美国向氢经济过渡的2030年远景展望》的报告。2002年4月，能源部又组织召开了有220多位各界人士参加的“国家氢能发展蓝图”研讨会，并在此基础上于11月出台了题为《国家氢能发展路线图的》报告。2003年1月28日布什总统国情咨文讲话中正式提出实施《国家氢燃料研究计划》，为发展氢经济提供技术支撑。2004年2月，美国能源部出台了《氢能技术研究、开发与示范行动计划》，并将生物制氢技术作为该计划的重要研发部分。该计划的出台是美国推动氢经济发展的又一重大举措，标志着美国发展氢经济已从政策评估、制定阶段进入到了系统化实施阶段。

目前世界上氢的年产量在3600万吨以上，主要来自化石燃料、生物质和水，主要是采用传统的物理化学方法如水电解、天然气催化重整和热裂解、煤炭气化、石油脑的部分氧化等制取氢气，传统的制氢方法实质上是以消耗大量化石能源为代价换取氢能，净增能值低，经济适用性不强，同时对环境产生污染。运用光电技术和电解技术结合的方法也可以制取氢气，用太阳能光伏电池或太阳能热收集器能产生较高的转化效率，但由于地球表面太阳能辐射率仅为1kW·m^-2，因此需要建造巨大的面积以收集足够多的能量，这明显限制了其商业运用；同时这种方法的最重要的不利条件是需要非常高的投资成本和高技术要求，从而在技术方面阻碍了其在欠发达国家和地区对太阳光的运用。而利用微生物法制取氢气具有许多优点：使用丰富的可再生资源-生物质和水为原料，直接或间接利用地球上最经济和最清洁的能源-太阳光，能治理环境污染，保护环境，经济适用性强，生产安全，设备简单，操作方便，不需消耗大量的能量，成本低、投资省，光合产氢微生物种类繁多，利用前景广阔，易于普遍推广应用。因此利用微生物法制取氢气已成为可再生能源利用和开发领域的研究热点。

目前利用太阳能制氢的方法有太阳能热分解水制氢、太阳能发电电解水制氢、阳光催化光解水制氢、太阳能生物制氢等等。其中以太阳能生物制氢展示了最广阔的前景。

在太阳能光生物制氢技术中光合细菌因能分解有机物质，转化和利用太阳光能为氢能而具有独特的优势，即在光能的驱动下以有机物为原料，分解有机物获得氢气，属于光能异养型。在微生物产氢系统中，光合细菌制氢被认为是最有前途的微生物产氢方法，这是由于：(1)光合细菌制氢具有高的理论光氢转化量；(2)不产生O₂，避免了O₂造成的微生物失活问题；(3)光能利用中的光谱范围宽；(4)具有消耗废水处理过程中排放的有机底物的能力。实现了有机废物的综合利用和环境保护的目的，因此这对可再生能源的开发和可持续发展战略的实现将是很有前途的处理技术。国外文献报道光合细菌产氢速率一般为：0.00518-1.58mg·h^-1·l^-1，这类光合细菌产氢效率仍然较低。

发明内容

本发明的目的是从自然环境中筛选获得一种具有高效产氢特性和降解有机废弃物能力的光合细菌菌株。