[发明专利]一种生物、碱复合预处理秸秆纤维原料两步发酵产氢的方法

说明书

技术领域

本发明属于可再生能源技术领域，具体地，本发明涉及一种生物、碱复合预处理秸秆纤维原料两步发酵产氢的方法。

背景技术

进入21世纪，可再生能源的开发成为世界范围内的热点，利用废弃生物质再生能源成为应对能源和环境危机的重要途径。氢气可直接用作燃料，也可通过燃料电池通过电化学反应直接转换成电能，用于交通运输等。氢作为能源载体具有能量密度高，绿色无污染等突出优点，是真正意义上的绿色可再生能源。

据报道，目前90％的氢气都来源于一次能源(煤、石油和天然气)的转化，但其设备投资大，加速一次能源消耗的同时也带来了或多或少的环境危害。以有机废弃物为原料，通过微生物发酵制备氢气，在治理环境的同时再生能源，成为极具潜力的氢气生产途径之一。

目前，采用生物方法制备氢气大多利用容易降解的原料，如葡萄糖、蔗糖和废水等(David B.Levin等.Biohydrogen production：prospects and limitations topractical application.International Journal of Hydrogen Energy，2004，29：173-185)。秸秆纤维废弃物是一个巨大的资源，利用农作物秸秆作为原材料使获取廉价氢气和实现产业化成为可能。然而，秸秆纤维原料结构复杂，难以被产氢菌直接利用。樊耀亭提供了一种利用酸预处理秸秆发酵产氢的方法，该方法先将秸秆粉碎，然后加入一定浓度的盐酸溶液混合煮沸，调节pH到中性，加入厌氧污泥和水即可发酵制得氢气(Fan Yao Ting等.Efficient conversion of wheat straw wastes intobiohydrogen gas by cow dung compost.Bioresource Technology，2006，97：500-505)。陈洪章(CN1254544C，使用汽爆植物秸秆发酵制备氢气的方法)也提供了一种使用汽爆秸秆发酵制备氢气的方法，不同的是发酵过程中采用的接种物是丙酮丁醇菌和球形红假单胞菌。上述的发酵产氢过程使用到预处理，有时还要用到纤维素酶，以将纤维成分转化为可溶性的糖，从而被产氢菌利用产氢。

王爱杰(CN 200710071696，一种菌种复配降解纤维素发酵产氢的方法)公开了一种复合菌发酵产氢的方法，将纤维素降解产氢菌与高效产氢菌接种于以纤维素原料中进行厌氧发酵，即可获得大量氢气。热纤梭菌是一种高效的纤维降解菌，可以直接发酵纤维原料制备氢气(David B.Levin等.Hydrogen production byClostridium thermocellum 27405 from cellulosic biomass substrates.InternationalJournal of Hydrogen Energy 2006，31：1496-1503)，然而，当发酵天然未处理的秸秆废弃物时，产氢水平远远低于纯的纤维素底物。

传统碱预处理可以去除秸秆纤维原料中部分木质素，提高纤维原料可及性，从而提高热纤梭菌发酵纤维原料的过程转化效率(K.Sudha Rani等.Production ofethanol from various pure and natural cellulosic biomass by Clostridium thermocellumstrains SS21 and SS22.Process Biochemistry 1998，33：435-440)。然而，传统碱预处理过程也将可溶性糖、部分半纤维素和纤维素转化成为副产物，一方面副产物对微生物将产生毒害作用，不利于后续发酵；另一方面，传统碱预处理也降低了发酵过程的原料利用率。

如上所述，现有技术报道了一些秸秆纤维原料厌氧发酵制备氢气的方法，但对预处理过程和纤维素酶的要求都比较高，这无疑提高了产氢过程成本，预处理过程也将导致有毒副产物的生成和原料利用率的降低，而直接的纤维原料高温发酵产氢方法存在产氢效率低的不足，大大的阻碍了产氢过程的实际应用。

发明内容

本发明的发明人为了解决上述问题，提出了一种生物、碱复合预处理秸秆纤维原料两步发酵产氢的方法。

根据本发明的生物、碱复合预处理秸秆纤维原料两步发酵产氢的方法，包括以下步骤：

1)破碎秸秆纤维原料，将破碎原料与营养盐溶液混合得到混合物；