[发明专利]一种生物制氢方法及其专用菌

说明书

技术领域

本发明涉及一种生物制氢方法及其专用菌。

背景技术

生物质能一直是人类赖以生存的重要能源，它仅次于煤炭、石油和天然气，居于世界能源消费总量的第四位，在整个能源系统中占有重要地位。在我国，生物质能占全部能源消耗总量的20％。但长期以来，生物质能在我国商业用能结构中的比率极小，其主要是作为一次能源在农村利用，约占农村总能耗的70％左右。以生物质为原料的生物炼制作为一个相对比较年轻的研究领域，系统的研究和开发主要是在欧洲进行的；而工业领域的发展则主要是在美国。美国生物质技术顾问委员会开展了一个关于生物能量、生物燃料和生物产物的长期计划和目标，基于生物质的运输燃料将从2001年占美国燃料消耗的0.5％增长到2030年的20％。从2006年1月1日起，我国开始施行《中华人民共和国可再生能源法》，将大大促进可再生能源的开发利用，增加能源供应，改善能源结构，保障能源安全，保护环境，实现经济社会的可持续发展。在生物炼制中，基于生物原料的燃料包括固体、液体和气体三种形式，生物柴油、乙醇、甲醇、甲烷和氢气等，是目前世界上被广泛关注的几种能源形式。

氢气本身无毒，燃烧后仅生成水，所以被认为是理想的清洁能源。氢气不但是一种优质燃料，还是石油、化工、化肥和冶金工业的重要原料。所有气体中，氢气最轻，导热性最好；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；氢可以气态、液态或固态的金属氢化物出现，能适应贮运及各种应用环境的不同要求。通过生命周期分析，在所有燃料中氢气有最高的原料灵活性，来源于可再生生产途径的氢气环境友好，不涉及温室气体排放，最终实现化石能源到可再生能源的平稳转换。

相对于日益完备的氢能利用的下游体系，氢气却没有在以可再生资源为原料的生产方面实现突破。目前，氢气还是主要来自化石燃料的重整转化(占氢气来源的96％)和电解水制氢(占4％)，这显然未能摆脱原有的化石能源体系。因此，如何可持续地从自然界中获取氢气尤其受到人们的关注。生物制氢是解决这一问题的重要途径之一。现代生物制氢的研究始于20世纪70年代的能源危机，到90年代随着对温室效应的进一步认识，生物制氢作为可持续发展的工业技术再次引起人们的重视。生物制氢技术包括光驱动过程和厌氧发酵两种路线：前者利用光合细菌直接将太阳能转化为氢气，是一个非常理想的过程，但是由于光利用效率很低，光反应器设计困难等因素，近期内很难推广应用；而后者采用的是产氢菌厌氧发酵，它的优点是产氢速度快，反应器设计简单，且能够利用可再生资源和废弃有机物进行生产，相对于前者更容易在短期内实现。

发酵法制氢的研究始于90年代中，但是由于研究小组不多，进展并不大。90年代末到本世纪初，由于逐步意识到发酵制氢具有在近期内实现产业化的潜力，在暗发酵制氢方面的科研投入也大大增加。大量的微生物都具有不同程度的产氢能力，因此利用发酵产氢微生物，将葡萄糖等生物质转化为氢气在技术本身没有问题，而一直困扰其应用的是过程经济性的问题，即如何降低发酵制氢的成本，使之可以和化石能源催化重整制氢的经济性相比拟，或者使之可以与其他生物能源(生物制甲烷、燃料酒精、生物柴油)相竞争。当前的核心问题是如何提高氢气的转化得率以降低生产成本。

目前，国内外的研究主要是基于菌种的筛选、驯化、育种以及各种发酵工艺参数的优化，还无法达到实际应用的水平。但是近年来，随着分子生物学、代谢工程、系统生物学、微生物生态学以及与其交叉的物理、化学等学科技术的发展，使得人们能够深入了解细菌产氢的物质和能量代谢及调控机理，能够更好的对复杂微生物复合体系进行定性定量分析及调控，这些都是目前发酵制氢的前沿研究方向。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种可产氢气的重组菌。

本发明所提供的重组菌，是向产氢的宿主菌中导入激发所述宿主菌厌氧发酵且与所述宿主菌厌氧代谢正相关的基因，得到的含有所述基因的重组菌。

其中，所述宿主菌具体可为兼性厌氧菌或专性厌氧菌。

所述兼性厌氧菌具体可为肠杆菌科(Enterobac teriaceae)菌；所述专性厌氧菌具体可为梭菌属(Clostridium)菌。

所述肠杆菌科(Enterobacteriaceae)菌具体可为肠杆菌属(Enterobacter)菌或埃希氏菌属(Escherichia)菌。