[发明专利]一种利用专性厌氧巴氏梭菌发酵制氢的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用微生物厌氧发酵制氢的方法，尤其是一种利用高效厌氧菌制氢的方法。

背景技术

氢气作为新一代绿色能源，具有清洁、高效、可再生等特点，假如能够产业化生产，未来必定能够代替石油、天然气等化石能源，减轻对环境的压力。

此外，氢能不是一次能源，需要从含氢的化合物中制取。目前全世界90%以上的氢来自化石燃烧，其余为水电解制氢。不论是哪种制氢方法都要直接或间接消耗大量的化石能源。化石燃料储量有限，且趋于枯竭，同时，化石燃料燃烧时生成的温室气体，有毒气体等其他有机化合物，造成了严重的环境污染并使得全球气候发生变化。生物制氢以其原料来源丰富、价格低廉等特点越来越收到人们的关注，一旦规模化生产，将会是最有潜力的一种制氢方法。

生物制氢最先是在1966年由lewis提出的，然后20世纪70年代经历的石油危机使全球认识到了生物制氢的实用性和迫切性。直到90年代，当世界面临着能源与环境的双重压力时，生物制氢被再度提上了议事日程。生物制氢包括光合生物制氢和厌氧发酵制氢两种途径。后者具有产氢率高、产氢速率快、产氢持续稳定、反应装置的设计操作简单、原料来源广泛且成本低等特点，更易于实现规模化生产，因而成为生物制氢研究的主要方向。厌氧发酵制氢菌种包括专性厌氧菌和兼性厌氧菌，其中，专性厌氧菌的培养、运输及工业化条件苛刻，而兼性厌氧菌具有广泛的适应性，但兼性厌氧菌产氢效率没有专性厌氧菌高，在适当条件下合理培养，可以克服其缺点，专性厌氧菌将会是生物制氢工业化更理想的细菌。目前，专性厌氧菌种类比较少，缺乏新型菌种，产氢效率偏低，并且制氢条件待进一步优化。

通过专利检索，目前已有专利主要是对发酵底物、发酵装置和提高产氢效率的研究，如一种污泥与有机垃圾混合生物制氢的方法（申请号：200710032658.0 周少奇等），光合微生物制氢反应器（申请号：200620032282.4），生物发酵制氢装置（申请号：00231651.X 沈建权），一种利用CO₂使藻类快速增殖直接用于生物制氢的方法 （200710010804.X）和高效发酵法生物制氢膨胀床设备（申请号：03260012.7 任南琪等）等，而对于发酵菌种特别是高效产氢菌种的筛选研究相对薄弱，仅有一种生物制氢方法及其专用菌（申请号：200910088408.8邢新会等），但该方法所用菌种是通过基因导入后的重组菌，操作较复杂，且发酵条件要求严格厌氧，不易推广。所以，对于新型专性厌氧新型菌种的筛选以及制氢工艺条件的探索优化十分必要。

 

发明内容

本发明主要包括一种利用专性厌氧巴氏梭菌发酵制氢的方法，该方法是在严格厌氧条件下，使用巴氏梭菌（Clostridium pasteurianum）JCM1408^T，以葡萄糖为发酵底物，采用分批发酵的方式，24小时后即可开始产氢过程。

本发明所筛选的专性厌氧菌具体为梭菌属(Clostridium Winogradsky,1895)的巴氏梭菌（Clostridium pasteurianum）JCM1408^T，购自日本生物技术研究所微生物菌种保藏中心（Marine Biotechnology Institute Culture Collection, Marine Biotechnology Institution，MBIC)。

本发明的技术方案为：一种利用专性厌氧巴氏梭菌发酵制氢的方法，在无菌厌氧条件下，利用厌氧菌，以蛋白胨、牛肉膏、酵母提取物、Na₂HPO₄ 、L-半胱氨酸、L-半胱氨酸盐酸盐一水、刃天青指示和蒸馏水组成的混合物为培养基，以葡萄糖为发酵底物，采用分批发酵的方式进行制氢，所述的专性厌氧菌为巴氏梭菌JCM1408^T。

培养基的组成为：蛋白胨10.0～15.0g、牛肉膏2.0～3.0 g、酵母提取物5.0～10.0g、Na₂HPO₄  3.0～4.0g、L-半胱氨酸0.2～0.5g、L-半胱氨酸盐酸盐一水0.2～0.5g、0.2％wt的刃天青指示剂1mL、马血清40~60ml和蒸馏水1L。

所述的发酵底物葡萄糖的浓度为5.0～20.0g/L