來自有機(jī)廢水的清潔能源

日期:2010-11-29 12:02:19

《國家自然科學(xué)基金委員會(huì)》2008年5月12日報(bào)道  作為新能源,氫氣的優(yōu)點(diǎn)顯而易見。有人將氫氣譽(yù)為“世界上最干凈的能源”,因?yàn)樗娜紵a(chǎn)物只有水。氫氣的燃燒熱值高,相同質(zhì)量的氫氣燃燒所產(chǎn)生的熱量約為汽油的3倍、酒精的3.9倍、焦炭的4.5倍。更為重要的是,氫氣是一種可儲存的能源載體。有科學(xué)家認(rèn)為,21世紀(jì)氫能有可能在世界能源舞臺上占有舉足輕重的地位。 

  能夠制氫的技術(shù)有很多種,然而利用廢水制氫無疑具有別樣的吸引力,因?yàn)樗瑫r(shí)兼具了廢水處理的功能,可謂一舉兩得。在國家自然科學(xué)基金等支持下,從上個(gè)世紀(jì)90年代初開始,哈爾濱工業(yè)大學(xué)教授任南琪就開始了有機(jī)廢水中產(chǎn)生氫氣的機(jī)理研究。他利用發(fā)酵法生物制氫技術(shù),在產(chǎn)生氫的同時(shí)伴隨有機(jī)物的降解,使廢水得到凈化。 

  發(fā)酵法制氫優(yōu)勢漸顯 

  據(jù)介紹,制氫的方法有兩類,即利用不可再生資源制氫和利用可再生資源制氫。前者是利用石油、天然氣、煤炭等資源的方法,目前這一領(lǐng)域的技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟,由此生產(chǎn)出的氫氣約占目前世界氫氣生產(chǎn)總量的96%。而剩余4%的氫氣生產(chǎn)量,則基本由電解水來完成,而水無疑是一種可再生資源。 

  從可持續(xù)發(fā)展的角度來看,利用不可再生資源制氫,顯然不是長久之計(jì),利用可再生資源制氫,將會(huì)是一條非常有潛力的制氫之路,盡管目前利用可再生資源制氫在氫氣生產(chǎn)總量中所占的比例微不足道。  

  可再生資源制氫技術(shù)大體可以分為熱物理制氫和生物制氫。前者因?yàn)閷ι蓷l件要求較高,目前還只是處于實(shí)驗(yàn)室階段,而后者已經(jīng)開始成為可再生資源制氫技術(shù)中的一支重要力量。 

  生物制氫是利用某些微生物體內(nèi)存在著特殊的氫代謝系統(tǒng)來生產(chǎn)分子氫的一項(xiàng)生物工程技術(shù)。光合法制氫和發(fā)酵法制氫是生物制氫技術(shù)的兩個(gè)大類。然而經(jīng)過半個(gè)多世紀(jì)的研究,到上個(gè)世紀(jì)90年代末,光合法制氫依然沒有達(dá)到理想的效果,主要是因?yàn)楣夂衔⑸锷L速度慢,生長過程必須要有充足的光照,這些制約因素使得光合法制氫無法走出實(shí)驗(yàn)室,實(shí)現(xiàn)規(guī)?;彤a(chǎn)業(yè)化。 

  與此同時(shí),發(fā)酵法制氫開始異軍突起。1990年,哈爾濱工業(yè)大學(xué)教授任南琪發(fā)現(xiàn)了用產(chǎn)氫細(xì)菌在有機(jī)廢水處理中產(chǎn)生氫氣的現(xiàn)象。通過多年的研究,他們成功掌握了利用有機(jī)廢水制氫的技術(shù),在產(chǎn)生氫的同時(shí)伴隨有機(jī)物的降解,使廢水得到凈化,從而變廢為寶。 

  從實(shí)驗(yàn)室到示范工程 

  從1990年到1996年,有機(jī)廢水發(fā)酵法生物制氫的小試研究完成。而早在1991年,任南琪及其率領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)就得到了國家自然科學(xué)基金的資助。提及此事,任南琪感慨地說:“可以說,沒有國家自然科學(xué)基金的支持,就沒有我們的今天。” 

  同樣給予任南琪支持的,還有黑龍江省。1995年,任南琪的小試研究獲得黑龍江省科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。通常情況下,一項(xiàng)處于小試階段的技術(shù)是不可能拿到二等獎(jiǎng)的,但是這項(xiàng)技術(shù)的超前性,使得當(dāng)時(shí)的評委會(huì)破了例。  

  1996年到1999年底,有機(jī)廢水發(fā)酵法生物制氫的中試研究順利完成,在世界上首次完成生物制氫中試研究,開創(chuàng)了具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的厭氧活性污泥工藝發(fā)酵法生物制氫技術(shù)。2001年,經(jīng)過院士投票,這項(xiàng)中試研究成果評選為“2000年中國十大科技進(jìn)展新聞”之一。此時(shí),國外小型連續(xù)流反應(yīng)器發(fā)酵法制氫技術(shù)才剛剛開始,并且,這還源于1990年任南琪發(fā)表的相關(guān)論文被國外科學(xué)家所注意。 

  2000年到2005年,在國家氫能“973”項(xiàng)目的支持下,任南琪發(fā)現(xiàn)了一類新的菌種,這些細(xì)菌不僅可以在氫氣制造中起到良好的催化作用,而且對環(huán)境要求較低,大大提高了氫氣的產(chǎn)量,為生物制氫從實(shí)驗(yàn)室走向工廠化生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。 

  2005年,由任南琪承擔(dān)的國家“863”計(jì)劃“有機(jī)廢水發(fā)酵法生物制氫技術(shù)生產(chǎn)性示范工程”,在哈爾濱國際科技城啟動(dòng)。該項(xiàng)目日產(chǎn)氫氣1200立方米,成為國際上第一條發(fā)酵法生物制氫生產(chǎn)線,并且在規(guī)模上創(chuàng)造了世界之最。談到任南琪的“有機(jī)廢水發(fā)酵法生物制氫技術(shù)”,清華大學(xué)核能與新能源技術(shù)研究院教授毛宗強(qiáng)贊許有加,他尤其肯定這項(xiàng)技術(shù)“一箭雙雕,既產(chǎn)生了氫氣,又處理了污水”。 

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