“Nature Communications∣生物发酵中试规模系统及对可持续生物制氢生产的商业可行性评估”
文献信息：
作者：Quanguo Zhang, Youzhou Jiao, Chao He, Roger Ruan, Jianjun Hu, Jingzheng Ren, Sara Toniolo, Danping Jiang, Chaoyang Lu, Yameng Li, Yi Man, Huan Zhang, Zhiping Zhang, Chenxi Xia, Yi Wang, Yanyan Jing, Xueting Zhang, Ruojue Lin, Gang Li, Jianzhi Yue, Nadeem Tahir
接收时间：10 May 2024
https://doi.org/10.1038/s41467-024-48790-4
Nature Communications 影响因子：16.6
背景介绍
氢气以其高热值、清洁燃烧和可再生性而被视为一种能够改变全球能源结构的燃料。生物制氢技术有效地利用废弃生物质资源并生产高纯度氢气。近年来，在生物制氢生产过程中已有所改进。然而，缺乏来自中试工厂的操作数据和可持续性分析，以提供商业运营的参考。
在这份报告中，基于氢气生产的光谱耦合、热效应和多相流特性，建立了连续中试规模生物制氢生产系统（暗发酵和光发酵）作为研究对象。然后，对中试规模的氢气生产系统进行了可持续性评估。正在评估的系统在生产 1 吨 H2时消耗了 171,530 兆焦耳的能量，并排放了 9.37 吨 CO2当量，回报期为 6.86 年。作者的分析还提出了未来有效的生物制氢技术开发和现实世界实施的途径。
图文解读
图 1 | 光合产氢细菌的光吸收
与生长特性分析
a光合细菌的光吸收特性。
b在不同波长下光合细菌的生长和产氢情况（n= 3，独立实验）。
c在不同光源下光合细菌的生长和产氢情况（n= 3，独立实验）。
图 2 | 操作温度对氢气生产系统的影响
a在不同初始温度下系统的温差波动。
b 在不同初始温度下的热量产生速率（n= 3，独立实验）。
c在不同初始温度下的氢气产量（n= 3，独立实验）。
d在不同初始温度下系统的温差波动。
e在不同初始温度下的热量产生速率（n= 3，独立实验）。
f在不同初始温度下的氢气产量（n= 3，独立实验）。
（I: 变温系统。II: 恒温系统）。
表 1 | 操作温度对酶活性的影响
(I: 温度变化系统。II: 恒温系统)
光照强度对光发酵产氢系统的影响。
a在不同光照强度下系统的温差波动。
b在不同光照强度下的热量产生速率（n= 3，独立实验）。
c在不同光照强度下的氢气产量（n= 3，独立实验）。
表 2 | 光照强度对酶活性的影响
图 4 | 反应器内混合物速度分布特性
在带挡板的生物制氢反应器内混合物速度分布的模拟。
图 5 | 在带挡板的板式生物制氢反应器中
固体和液体相浓度分布的模拟分析
a液体相浓度场分布。
b固体相浓度场分布。
图 6 暗发酵和光发酵氢气生产反应器系统
的组成和运行分析
a现实世界的操作系统。
b发酵系统的氢气产量。
图 7 | 暗发酵和光发酵氢气生产的生命周期环境影响
T1:秸秆粉碎；
T2:酶解；
T3:氢气生产。
表3 | 资本投资与成本分析
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