专利名称：一种光合细菌制氢方法
技术领域：
本发明涉及一种制氢方法，特别涉及一种光合细菌制氢方法。 (二 )背景4支术
能源消费的持续快速增高与有限的化石能源产量是人类社会发展的一
个矛盾。2007年中国能源消费总量达26,5亿吨标准煤，消费量占据了全球 能源消费增长的一半，成为世界上第二大能源消费国。"十五"时期我国能 源消费年均增长率为11. 3%,特别是2003年和2004年，能源消费年增长率 分别达到15. 3%和16.1%，能源消费弹性系数高达1. 5和1. 59。如此之高的 能源消费，造成了能源生产和运输供应异常紧张，石油能源进口大量增加， 石油安全甚至整个能源安全受到严重威胁，环境保护受到严重挑战。因此， 可再生、清洁能源替代传统能源，实现可持续发展已经被列为世界各国重要 议事日程。氢能作为一种能量密度高、使用形式多样、无污染的新型清洁能 源而备受人们的关注。
光合细菌是一群能在厌氧光照或好氧黑暗条件下利用有机物作供氢体兼 碳源，进行光合作用的细菌，而且具有随环境条件变化而改变代谢类型的特 性。光合细菌可以充分利用太阳能，进行只放氢不产氧活动，比之蓝细菌和 绿藻，产氢纯度和产氢效率较高。同时光合细菌产氢条件温和，能利用多种有 机废弃物作底物进行产氢，实现能源生产和废弃物利用双效目的，故光合细菌 制氢被认为是未来能源供给的重要形式和途径。太阳能是最充足的可再生能 源，是取之不尽用之不竭的最理想化能源。每年照射到地球表面的太阳能大 约为5.7X10"，大约相当于人类每年所需能量总和的10000倍，但是太阳能 在一天24小时内可变因素众多，极不稳定。随着能量的变化，太阳光到达地 面的波长也在发生不断的变化，对于光合细菌产氢极其不利。又由于太阳光 在地球表面极其分散，平均照射到地球表面的太阳能大约为lKW/m2,用太阳能电池和太阳能集热装置转化太阳能应用于工业化需要4艮大的接收面积，所 以阻止了太阳能的商业化应用。
现国内外进行光合细菌制氢尤其在实验阶段常用白炽灯作为产氢光源，
传统的白炽灯釆用的是热发光技术，90%的电能以热辐射形式散发出来，不仅 浪费电能，而且会使室内外温度升高。光合细菌制氢工艺要求恒温状态，白 炽灯的高散热量无疑造成制氢工艺的复杂性；白炽灯寿命短暂，普通白炽灯 只能使用1000小时，寿命仅为LED的1/1000,更新频率高，不利于光合细菌 产氢装置的稳定与控制，更不适用于工业化推广。再者光合细菌体内含有细 菌叶绿素，类胡萝卜素等光合色素，不同光合细菌含有的光合色素种类与数 量不同，导致菌体呈现的颜色也不同，其中类胡萝卜素起着决定性作用。目 前，国内外对光合细菌产氢的研究大多集中在光的全波段连续光谱利用领域， 而光合细菌活细胞所含的色素种类与数量的多少，对光的捕获会产生重要的 影响，但关于各种单色光源对光合细菌制氢过程的影响规律极少见到分析研 究报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种光合细菌制氲方法，提供更为合适的光源， 改善现有制氢工艺不稳定、成本高、效率低的现状。
本发明采用的技术方案如下
一种光合细菌制氢方法，其中以发光二极管(LED灯)为光源对光合细菌 体照射制氢。
所述LED灯优选为黄光或蓝光或绿光发光二极管。其中又最优选黄光LED 灯，此灯发光波长在59Qnm左右。
本发明利用发光二极管LED作为制氬反应器光源，为光合细菌提供适合 其生长和产氢的光照强度、吸收波段，LED灯光谱中没有紫外线和红外线，照 明过程中没有热量散失，生产、回收过程无有害金属汞;在电流密度小于lA/cm2 的情况下，寿命可达1000000小时；耗电量小，发光效率高，光色均匀，消 耗能量较同光效的白炽灯减少80%,比荧光灯减少50%;工作电压低(3-24V)控制极为方便，只要调整电流就可以随意调光；结构牢固，抗冲击，耐振动。 另外使用LED取代白炽灯，在一定程度上降低了光合细菌制氢成本。白
光LED照明的耗电量仅为相同亮度白炽灯的10-20%;在光合细菌制氢生产工
艺中利用LED不仅节省了成本，加快工业化进程，而且提高环境效益，减少
温室气体的排放，有广泛的应用前景。
利用LED单色光源代替实验室常用的白炽灯，还可以提高产氢效率；特
别是黄光、绿光和蓝光LED灯，同样的条件下，制氢效果要高于白炽灯为光
源的产氢量。
本发明相对于现有技术，有以下优点
采用LED灯作为光合细菌产氢光源，LED光谱带使用寿命长、光衰减緩慢、 安装方便、易于控制，能为光合细菌提供稳定、均匀的光源；LED耗电量少， 节约制氢成本；单色光源LED灯较之白炽灯，对光合细菌产氢量的提高有明 显的促进作用。
(四)
图1为实施例1-6不同光源照射下光合细菌的产氢量图。
(五)
具体实施例方式
以下以具体实施例来说明本发明的技术方案，但本发明的保护范围不限于
此
实施例l-6
分别以黄光LED灯(590nm左右)、蓝光LED灯(400-520nm )、绿光LED灯 (520-570nm)、红光LED灯(620-700mn )、白光LED(发光二极管多色混合光镨 带)和白炽灯作为光合细菌生长和产氢光源。
将产氢培养基放入容积为1000ml的抽真空反应瓶中，接入体积浓度为5% 的光合细菌菌液后，以橡胶塞密封，并在瓶口处涂上适量石蜡，将导气管插 入到反应瓶上部余留空间。分别把不同颜色发光二极管光谱带缠绕在对应反
5应瓶瓶身上，并以胶带固定，然后在外层以锡箔纸进行严密包裹。为保证实 验在一个相对稳定、误差最小的环境中运行，将实验装置置于恒温箱中。光 合细菌反应产氢的气体用排水法收集。产氢量图见图1。
从图1可见，黄色、蓝色和绿色光作用下混合光合细菌的总产氢量高于
白炽灯照射下细菌产氢量，尤以黄色光最为突出，细菌产氢量达6050ml，其 次为蓝色光5025ml和绿色光4575ml;细菌在白光LED作用下产氢量为3810ml; 红光作用下的产氢效果与白炽灯3890ml的效果相似；红色光产氢量最低，仅 为3735ml。黄色LED光源作用下氢气产量约为白炽灯作用下氢气产量的1.29 倍。
权利要求
1. 一种光合细菌制氢方法，其特征在于以发光二极管为光源对光合细菌体照射制氢。
2. 如权利要求1所述的光合细菌制氢方法，其特征在于所述发光二极管为黄 光或蓝光或绿光发光二纟及管。
3. 如权利要求2所述的光合细菌制氳方法，其特征在于所述黄光发光二极管 的波长为590nm。
全文摘要
本发明涉及一种制氢方法，特别涉及一种光合细菌制氢方法。所述方法以发光二极管为光源对光合细菌体照射制氢。采用LED灯作为光合细菌产氢光源，LED光谱带使用寿命长、光衰减缓慢、安装方便、易于控制，能为光合细菌提供稳定、均匀的光源；LED耗电量少，节约制氢成本；单色光源LED灯较之白炽灯，对光合细菌产氢量的提高有明显的促进作用。
文档编号C12R1/01GK101509014SQ200910064440
公开日2009年8月19日 申请日期2009年3月23日 优先权日2009年3月23日
发明者静 安, 张全国, 刚 李, 李德峰, 杨群发 申请人:河南农业大学