[发明专利]一种垃圾联产氢和丁醇的方法

说明书

本发明公开了一种垃圾联产氢和丁醇的方法，涉及生物化工技术领域。方法包括以下步骤：向发酵体系中投加NADH和NADPH的前体物质，以及淀粉酶催化依赖的金属离子，进行厌氧糖化和发酵，实现垃圾联产氢和丁醇；所述发酵体系包括发酵菌株、菌种培养基和垃圾底物；所述发酵菌株为梭状芽胞杆菌。本发明方法实现了有机固体废弃物高效、绿色、联产氢和丁醇，为低值生物质的氢和丁醇生物能源工业化转化提供技术支撑。

技术领域

本发明涉及生物化工技术领域，特别是涉及一种垃圾联产氢和丁醇的方法。

背景技术

近年来，随着全球石油资源日渐枯竭、世界石油价格不断上涨，全球气候呈现出不断恶化的趋势，能源问题已成为当前世界经济及工业可持续发展亟待解决的问题，开发新型可再生、绿色环保能源，已成为世界各国能源开发战略之一。氢是一种优质高效、可持续的新能源，被认为是21世纪最具潜力，可替代煤炭和石油的新型洁净能源之一。生物丁醇不仅是生物基本化学品，而且可以作为优良的有机溶剂及重要的化工原料，更是一种极具潜力的第二代新型生物燃料，其与生物乙醇相比，具有高于乙醇的热值及良好的燃料经济性。随着能源替代战略的实施，氢和丁醇作为能源替代化石燃料成为各国关注的重点。当今，生物质能源已成为仅次于石油、天然气和煤炭的世界第四大能源，因其具有可再生和绿色环保的优点，对社会和经济发展具有重要意义，具有广阔的应用前景。

生物能源具有极为广阔的消费市场，在全球化工及能源领域需求保持持续增长，具有较大需求潜力。目前利用生物质发酵生产生物能源的原料存在成分复杂，营养成分及比例不适宜，抑制物多等问题，并且发酵工艺的不匹配，导致在氢和丁醇发酵过程中存在菌株无法正常生长、副产物过多、产量低等问题。因此生物能源的相关生产研究成为当前可再生绿色能源开发利用的热点之一。到目前为止，人们已经做了各种努力来提高氢和丁醇的浓度、产量和生产效率，比如，经典化学诱变、系列富集程序、工程宿主中用于克服微生物丁醇毒性屏障的靶向功能基因的过表达等方法。然而，尽管基因工程菌株或突变体的技术有所进步。但所对应的氢和丁醇生产不稳定的现象表明，由于野生菌株本身固有的不稳定性或表达的不活跃情况等影响，将相关通路转移到修饰菌株或宿主菌株上还是很困难和复杂的。

南京农业大学论文“餐厨垃圾厌氧消化的生物制氢研究”公开了采用梭状芽孢杆菌发酵垃圾制氢的技术方案，但是其氢产量较低。虽然目前对典型野生菌株发酵菌株的生理代谢及调控机制的认识已经取得很多进展，但通过菌株改造来提高氢和丁醇发酵底物利用效率及生产强度的研究进展却极为缓慢，主要原因是缺少有效的靶蛋白进行代谢工程的定向改造。尽管现有技术公开了一些利用餐厨垃圾制氢或丁醇的技术，但还没有对其联产氢和丁醇进行深入研究。

发明内容

基于上述内容，本发明提供一种垃圾联产氢和丁醇的方法，该方法工艺简单，副产物少，氢和丁醇能源产量高，可高效利用有机固体废弃物，保障环境生态链良性循环和能源供给多样化，并且可以为有机废物生物质绿色可持续的生物能源工业化转化提供科学依据。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明技术方案之一，一种垃圾联产氢和丁醇的方法，包括以下步骤：

向发酵体系中投加NADH和NADPH的前体物质，以及淀粉酶催化金属离子，进行厌氧生物发酵，实现垃圾联产氢和丁醇；

所述发酵体系包括发酵菌株、菌种培养基和垃圾底物；

所述发酵菌株为梭状芽胞杆菌。

进一步地，所述发酵体系中垃圾底物的浓度为160-250g/L；优选的，为180g/L。

进一步地，所述垃圾底物为餐厨垃圾、低值木薯渣、糖蜜废水、醋糟和酱油渣中的任意一种或几种。

进一步地，所述厌氧生物发酵的时间为72-120h；优选的，为72h。