[发明专利]一种光合细菌制氢方法

说明书

(一)技术领域

本发明涉及一种制氢方法，特别涉及一种光合细菌制氢方法。

(二)背景技术

能源消费的持续快速增高与有限的化石能源产量是人类社会发展的一个矛盾。2007年中国能源消费总量达26.5亿吨标准煤，消费量占据了全球能源消费增长的一半，成为世界上第二大能源消费国。“十五”时期我国能源消费年均增长率为11.3％，特别是2003年和2004年，能源消费年增长率分别达到15.3％和16.1％，能源消费弹性系数高达1.5和1.59。如此之高的能源消费，造成了能源生产和运输供应异常紧张，石油能源进口大量增加，石油安全甚至整个能源安全受到严重威胁，环境保护受到严重挑战。因此，可再生、清洁能源替代传统能源，实现可持续发展已经被列为世界各国重要议事日程。氢能作为一种能量密度高、使用形式多样、无污染的新型清洁能源而备受人们的关注。

光合细菌是一群能在厌氧光照或好氧黑暗条件下利用有机物作供氢体兼碳源，进行光合作用的细菌，而且具有随环境条件变化而改变代谢类型的特性。光合细菌可以充分利用太阳能，进行只放氢不产氧活动，比之蓝细菌和绿藻，产氢纯度和产氢效率较高。同时光合细菌产氢条件温和，能利用多种有机废弃物作底物进行产氢，实现能源生产和废弃物利用双效目的，故光合细菌制氢被认为是未来能源供给的重要形式和途径。太阳能是最充足的可再生能源，是取之不尽用之不竭的最理想化能源。每年照射到地球表面的太阳能大约为5.7X10²⁴J，大约相当于人类每年所需能量总和的10000倍，但是太阳能在一天24小时内可变因素众多，极不稳定。随着能量的变化，太阳光到达地面的波长也在发生不断的变化，对于光合细菌产氢极其不利。又由于太阳光在地球表面极其分散，平均照射到地球表面的太阳能大约为1KW/m²，用太阳能电池和太阳能集热装置转化太阳能应用于工业化需要很大的接收面积，所以阻止了太阳能的商业化应用。

现国内外进行光合细菌制氢尤其在实验阶段常用白炽灯作为产氢光源，传统的白炽灯采用的是热发光技术，90％的电能以热辐射形式散发出来，不仅浪费电能，而且会使室内外温度升高。光合细菌制氢工艺要求恒温状态，白炽灯的高散热量无疑造成制氢工艺的复杂性；白炽灯寿命短暂，普通白炽灯只能使用1000小时，寿命仅为LED的1/1000，更新频率高，不利于光合细菌产氢装置的稳定与控制，更不适用于工业化推广。再者光合细菌体内含有细菌叶绿素，类胡萝卜素等光合色素，不同光合细菌含有的光合色素种类与数量不同，导致菌体呈现的颜色也不同，其中类胡萝卜素起着决定性作用。目前，国内外对光合细菌产氢的研究大多集中在光的全波段连续光谱利用领域，而光合细菌活细胞所含的色素种类与数量的多少，对光的捕获会产生重要的影响，但关于各种单色光源对光合细菌制氢过程的影响规律极少见到分析研究报道。

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种光合细菌制氢方法，提供更为合适的光源，改善现有制氢工艺不稳定、成本高、效率低的现状。

本发明采用的技术方案如下：

一种光合细菌制氢方法，其中以发光二极管(LED灯)为光源对光合细菌体照射制氢。

所述LED灯优选为黄光或蓝光或绿光发光二极管。其中又最优选黄光LED灯，此灯发光波长在590nm左右。

本发明利用发光二极管LED作为制氢反应器光源，为光合细菌提供适合其生长和产氢的光照强度、吸收波段。LED灯光谱中没有紫外线和红外线，照明过程中没有热量散失，生产、回收过程无有害金属汞；在电流密度小于1A/cm²的情况下，寿命可达1000000小时；耗电量小，发光效率高，光色均匀，消耗能量较同光效的白炽灯减少80％，比荧光灯减少50％；工作电压低(3-24V)控制极为方便，只要调整电流就可以随意调光；结构牢固，抗冲击，耐振动。

另外使用LED取代白炽灯，在一定程度上降低了光合细菌制氢成本。白光LED照明的耗电量仅为相同亮度白炽灯的10～20％；在光合细菌制氢生产工艺中利用LED不仅节省了成本，加快工业化进程，而且提高环境效益，减少温室气体的排放，有广泛的应用前景。

利用LED单色光源代替实验室常用的白炽灯，还可以提高产氢效率；特别是黄光、绿光和蓝光LED灯，同样的条件下，制氢效果要高于白炽灯为光源的产氢量。

本发明相对于现有技术，有以下优点：