[发明专利]一种利用纤维素生产氢气的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种生产氢气的方法。

背景技术

能源是人类赖以生存和持续发展的重要物质基础。而常规化石能源的储量极其有限，全球已探明的石油、天然气和煤炭储量将分别在今后40、60和100年左右耗尽。同时，利用化石能源所造成的环境污染和气候变化对人类生存和发展也提出了严峻挑战。这使得开发新型、清洁、可再生的新能源变得非常必要和紧迫。生物质能源作为新兴能源之一，据估计，在未来40年将占全球总能耗的40％。氢气是生物质能源中最容易实现产业化的品种之一，它作为一种新型的清洁能源，具有来源广泛，燃烧值高，清洁无污染，存在形式多和应用范围广泛等优点。目前，生物制氢的底物多为糖类，虽然已经获得很高的产氢效率，却增加了产氢成本。纤维素是地球上最廉价、最丰富的可再生资源之一，同时，由于纤维素也是太阳能的转化载体之一，生产和利用纤维素产氢，并不会引起环境中CO₂总量的增加。因此，纤维素生物质已成为大规模氢气生产中极具吸引力的原料。

利用纤维素生产氢气，其最大的瓶颈在于生产成本过高。由纤维素到氢气的转化目前有四种策略可以实现：联合生物加工工艺(Consolidated BioProcessing，CBP)、分步水解和发酵(Separate Hydrolysis and Fermentation，SHF)、同步糖化发酵(Simultaneous Saccharification and Fermentation，SSF)和同步糖化共发酵(Simultaneous Saccharification and Co-Fermentation，SSCF)。其中联合生物加工(CBP)虽然能够将纤维素酶生产、水解糖化和戊糖己糖共发酵整合在同一反应器内由同一微生物或微生物群落完成，但是因为菌种资源有限，其应用受到极大的限制。由于绝大多数产氢菌不能直接利用纤维素发酵产氢，因此，SHF，SSF和SSCF工艺得到了较为广泛的应用。因此现有技术利用纤维素生产氢气工艺需要进行纤维素原料的预处理、预处理物的糖化水解二个方面，而糖化水解过程使用的纤维素酶主要由美国sigma公司及丹麦的novozymes公司生产，酶活单位为3-10U/mg的纤维素酶价格约为1KU/232元(即1g/232元)，而水解1g纤维素一般需要投加25U左右的纤维素酶，约0.4元，因此当利用纤维素大规模产氢时，成本会大大增加。

发明内容

本发明要解决现有纤维素产氢方法成本高的问题，而提供一种利用纤维素生产氢气的方法。

一种利用纤维素生产氢气的方法，具体是按以下步骤完成的：