主题：【原创】夏普投资开发以生活垃圾为原料的家用燃料电池 -- 千僧
家园 【原创】夏普投资开发以生活垃圾为原料的家用燃料电池 夏普与RITE(日本地球环境产业技术研究所)合作，日前开发了高效率地从生活垃圾提取氢的基础技术。进而将在两年内推出以生活垃圾为原料的家用燃料电池用于电视机等耗能家电。
这项技术是通过处理食品类生活垃圾产生蚁酸，再通过遗传工程制造的大肠杆菌消化蚁酸产出氢用于发电。
现阶段在1升反应容器里，0.5升蚁酸1小时能产出300升氢气。
家园 直接烧不行末 哪个效率高些?
家园 偷偷问一声 那些没生成蚁酸的的有机物如何处理了？那恐怕才是占大部分的吧？
家园 妖道很笨，不会算术 先说明从蚁酸到氢气的产生路径。然后再说说妖道的困惑，
HCOOH--> C02 + H2
0。5升蚁酸（甲酸），按照比重1.2201换算成重量应该是0。61千克。0。61千克，蚁酸分子量46。610克应该是13。26摩尔。也就是说，完全转化为氢的话，可以产生13。26摩尔的氢气。一摩尔的氢气体积是24升。13。26摩尔氢气是318。26升。
而产生氢气300升，转换效率已经达到了94。34%。看起来很D么。
妖道顺手查了一下,这篇报道引用的文章是
Enhanced Hydrogen Production from Formic Acid by Formate Hydrogen Lyase-Overexpressing Escherichia coli Strains
Akihito Yoshida,1,2 Taku Nishimura,1 Hideo Kawaguchi,1 Masayuki Inui,1 and Hideaki Yukawa1*
Applied and Environmental Microbiology, November 2005, p. 6762-6768, Vol. 71, No. 11
下面附上摘要
Genetic recombination of Escherichia coli in conjunction with process manipulation was employed to elevate the efficiency of hydrogen production in the resultant strain SR13 2 orders of magnitude above that of conventional methods. The formate hydrogen lyase (FHL)-overexpressing strain SR13 was constructed by combining FHL repressor (hycA) inactivation with FHL activator (fhlA) overexpression. Transcription of large-subunit formate dehydrogenase, fdhF, and large-subunit hydrogenase, hycE, in strain SR13 increased 6.5- and 7.0-fold, respectively, compared to the wild-type strain. On its own, this genetic modification effectively resulted in a 2.8-fold increase in hydrogen productivity of SR13 compared to the wild-type strain. Further enhancement of productivity was attained by using a novel method involving the induction of the FHL complex with high-cell-density filling of a reactor under anaerobic conditions. Continuous hydrogen production was achieved by maintaining the reactor concentration of the substrate (free formic acid) under 25 mM. An initial productivity of 23.6 g hydrogen h–1 liter–1 (300 liters h–1 liter–1 at 37°C) was achieved using strain SR13 at a cell density of 93 g (dry weight) cells/liter. The hydrogen productivity reported in this work has great potential for practical application.
由上面可以看出,要达到这样的效果,需要93克(干重)/升的细菌.而93克干重,按照含水量70%计算,需要310克鲜活细菌.而310克鲜活细菌,需要多少碳水化合物才能产生呢?在最佳的有氧条件下,需要3100克葡萄糖和各种微量元素,维生素以及其他蛋白质等条件.将碳水化合物全部换算成葡萄糖,则需要7-8千克的葡萄糖.而厌氧条件下,因为利用葡萄糖的效率只有有氧条件下的1/10.所以,需要约75千克的葡萄糖.而如果用我们的日常生活垃圾来生产细菌,根据碳水化合物只占生物体重5-10%计算,(或者将所有的有机物质都算上,30%)那么需要250千克才行,但是,请注意,这30%的利用率需要打一个折扣,因为并不是单纯的葡萄糖,那么按照60%的利用率来看,需要416千克的生活垃圾(全部是有机质,湿重).这还是最佳条件下,如果考虑温度,有毒物质,像甲酸这样的有毒物质存在的情况下,我们需要至少加倍,才能产生同样多的细菌来.
也就是说,单纯的生产这些细菌,我们就需要接近一吨的生活垃圾.因为细菌的寿命不超过三天,(活性状态),所以我们假定在特殊的处理池中,其寿命为三天,活性为实验室的1/10.考虑到温度,有毒物质,营养补充及其他.假设反映需要的蚁酸完全有代谢产生,余外的物质来补充我们按照所需重量的1/10计算.并且假定这株大肠杆菌是优势菌株，可以占到所有微生物重量的10%。（实际上，细菌在野外从来站不到这么高的比例，霉菌要比细菌有优势的多，我们暂定如此）那么,我们需要10吨生活垃圾来产生三天的氢气。也就是一共产生23.6 x 24 x3 / 10=169。9克氢气。换成每吨生活垃圾，可以产生16。9克氢气。
这也不赖。
当然这完全是在最佳实验室条件下，具体到日常应用，那恐怕还是差得远。
家园 你文中大概还要加个假设：那个环境细菌不能分裂繁殖，无法循环 由食品类垃圾产蚁酸和由蚁酸产氢是两个过程。
引入葡萄糖作解释倒是很有趣，但垃圾里更多的是多糖纤维和足够的水(H2O)。
家园 要是加了那个假设，就更复杂了 一吨食物垃圾只能生产出93克细菌来，这是上限。要想持续生产，就必须要往里面添加新垃圾。但是，添加垃圾就会降低细菌浓度，而细菌浓度与产氢量直接相关（具体数据见引文）。降低浓度，产氢量只会继续下降。所以我选取了最佳浓度来做假设。极大的简化了细菌生产。
用葡萄糖做例子，是因为这是生化上尽人皆知的，也比较简单。用多糖和纤维素就要牵扯到真菌的糖化问题，而糖化就要进一步损失里面的营养成分，具体数字目前没有公认的数据。如果拿酿酒来做例子，糖化至少要损失30-50%的有机质，因为被真菌利用了。这还是在单纯高效真菌存在的情况下。而食品垃圾里面这个数字还要高。因为我们日常生活垃圾中，真菌至少占所有微生物的70%以上，而细菌只占10-20%左右。因为要相互对抗，所以真菌的糖化效率要比单纯真菌要低得多，而细菌可以利用的份额又要进一步下降。更何况，大肠杆菌只能是优势菌株，也就是在细菌中占到〉30%的份额。具体的数据我不知道，但是对于大肠杆菌来说，1-5%的生物垃圾利用率应该是个极限，而这里面，R13菌株又占了多大的比例？
由食品类垃圾产蚁酸和由蚁酸产氢是两个过程。大肠杆菌本身就可以产生蚁酸，但是问题是如何维持一个高效的生产蚁酸的环境？R13可以分解蚁酸，并不代表它就可以高效的生产。而如果用不同的菌株来产生和分解蚁酸，那么如果在一起培养，这两者一定会产生一个优势菌株。如何协调这两者的关系？
有人说可以把蚁酸在这边生产了，拿到那边去，这不是工业生产，一吨垃圾只能产生310克大肠杆菌，如何把新产生的蚁酸（同样来自几吨垃圾）混杂到几吨R13菌株中去？用工业搅拌机？那么消耗的能量是不是可能由产生的氢气给补充回来？
所以我对这个纯实验室水平的东西并不是很感冒，不错，是一个很好的新方向。但是，至少在我们有生的这些年里，不要指望用这种技术处理食物垃圾。有那个费劲，还不如直接生产沼气。甲烷的产生无论在能量利用上，还是在效率上，都远超生产氢气，更重要的是生产沼气的技术已经很成熟了。
家园 del 家园 又是一个唬人的东西 燃料电池的问题不在制取氢气上