主题：【原创】生物质 物质能源与电动汽车 -- 橡树村

生物质厌氧发酵还可以制氢。

其实甲烷发酵的过程，第一步，就是得到有机酸和氢气，这就是制氢了。只不过甲烷发酵的过程，有机酸和氢气要继续发酵，最终得到甲烷和二氧化碳，而以氢为目的的发酵，把后一个过程去掉就是了。

能够生产氢气的菌种很多，用于制氢的，主要有两类，一类是氢化酶，这类酶把氢离子（质子）转化成为氢气，另一类是氮化酶，把质子，电子与三磷酸腺苷ATP转化成二磷酸腺苷ADP和磷酸，同时释放氢气。

葡萄糖分解生成氢气，需要使用氢化酶。按照这样的反应途径，葡萄糖完全分解，产生的是二氧化碳和氢气，理论上每一个葡萄糖分子可以产生12个氢分子。实际上反应不是这样进行的，葡萄糖需要分解成为有机酸，二氧化碳和氢气。由于代谢得到有机酸，所以氢气发酵不能单独进行废物处理，一般要与甲烷发酵结合。

与甲烷发酵相比，氢气发酵的有机物负荷高，稀释率也高，反应罐所需要的体积仅有甲烷发酵反应罐体积的十分之一，而氢气发酵后得到的处理液，低级有机酸占到了有机物含量的90%以上，这样可以提高甲烷的发酵速度，从而可以降低甲烷发酵罐的体积。所以氢气发酵可以用于甲烷发酵的前处理过程。从理论上来讲，采用氢气发酵，甲烷发酵的两段式发酵，能量效率可以提高10%。不过这个工艺还在开发阶段，使用的菌种仍然在筛选中，具体的工艺条件也还远远没有达到最优，所以目前还没有工业化。

生物质制氢还有另外一个途径，是利用光和作用制氢。这个过程实际上把目前利用不充分的生物能与太阳能结合起来，如果真的有了突破，还是比较有前景的。

能利用光合作用生产氢气的微生物，大致分成绿藻，蓝藻和光合成细菌三类。藻类可以进行氧气生成型的光合成，通过光合作用直接把水转变成为氢气，同时进行二氧化碳的固定，这个和生物质没多大关系，这里不讲。光合成细菌需要在厌氧，光照射条件下进行非氧气生成的光合成，把葡萄糖等有机物分解成为二氧化碳和氢气。把有机物降解得到二氧化碳的过程是个氧化过程，而氧化过程就需要有还原过程来平衡，这样，水就被还原成为氢气。

光合成细菌生产氢气的过程，利用了太阳能作为能源，生物质是底物。这个反应在理论上可以完全进行，实际上，在使用不同的有机物的实验中，氢气的收率也的确很高，接近理论值。由于光合成细菌生产氢气需要生物质作为底物，那么，当把有机废水作为这个底物的时候，废水处理和能源生产就可以同时进行了，听起来很不错？

能用于底物的，包括葡萄糖等单糖，多糖，还有可溶性淀粉，玉米，甘蔗，以及各种各样的有机酸。这些广泛存在于有机废水和农畜产品废弃物中，是进行光合成生产氢气的好原料。特别是成分稳定的食品厂废水，利用起来是很方便的。

听起来不错，做起来很难，目前这个过程还只是研究阶段，研究实例很少。光合成细菌需要近红外光，这会导致体系温度上升，但是菌株本身耐热性能一般不好，这样就需要对体系进行冷却，就消耗了一些能量，所以还需要寻找耐热的菌株。到目前，好像还没有能够在45摄氏度以上保持氢生产能力的菌株的报道。

一些光合成细菌还可以利用硫磺化合物。由于硫化氢是下水，粪尿处理恶臭的首要元凶，也存在于甲烷发酵的气体里面，所以如果能够利用这个反应除掉硫磺，同时生产氢气，应该也是很有意义的事情。

光合成制氢的速度并不好，但是分解效率非常高，所以现在有人研究把厌氧型氢气发酵与光合成制氢结合，把两种菌混合培养，进行氢气的有效生产。这个过程里面，首先是厌氧型细菌把有机物分解为有机酸和氢气，然后光合成细菌再把有机酸份进一步转化成为氢气，如果能够开发成功，可以大幅度拓宽用于氢气生产的有机物范围。

氢气用途很多，用于磷酸型燃料电池是对氢气纯度要求不高，高于60%就好。用于石化，化工，要求的纯度比较高，一般要在95%以上，要是用于冶金，半导体，纯度要求就更高了，需要五个九甚至更高。而生物质得到的氢气含有一些水和二氧化碳，所以用于燃料电池就不再需要气体分离，可能更加实用。

从光能转化为氢能的效率，理论上可以超过20%，在理想的实验条件下，可以达到5-10%，不过在太阳光的条件下，目前的水平平均大约是1-2%，还需要进一步提高才能够有实用价值。不过看起来，这个途径真的很有前景呢。