1、LOGO氢能的制备氢能的制备LOGO目目 录录化石燃料制氢化石燃料制氢电解水制氢电解水制氢 光解水制氢光解水制氢 生物制氢生物制氢 生物降解及模拟氢化酶制氢生物降解及模拟氢化酶制氢各种氢能制备方法比较及前景各种氢能制备方法比较及前景LOGO化石燃料制氢？化石燃料制氢？v 氢能是一种储量丰富、热值高、无污染的新能源。化石燃氢能是一种储量丰富、热值高、无污染的新能源。化石燃料中制氢从含烃的化石燃料中制氢是过去及现在采用最多料中制氢从含烃的化石燃料中制氢是过去及现在采用最多的方法。它是以煤、石油或天然气等化石燃料作原料来制的方法。它是以煤、石油或天然气等化石燃料作原料来制取氢气。用蒸汽和煤作原料来制
2、取氢气的基本反应过程为：取氢气。用蒸汽和煤作原料来制取氢气的基本反应过程为：C+2H20一CO+2H2 用蒸汽和天然气作原料的制氢化学反应为：用蒸汽和天然气作原料的制氢化学反应为：CH4+2H2OCO2+4H2。v 自从天然气大规模开采后自从天然气大规模开采后90以上的制氢都以天然气为以上的制氢都以天然气为原料。天然气制氢作为最经济的化石资源制氢过程在未来原料。天然气制氢作为最经济的化石资源制氢过程在未来的的20 年仍然将在氢能领域占据主要地位。年仍然将在氢能领域占据主要地位。LOGO化石燃料制氢化石燃料制氢甲烷重整甲烷重整1重油重整重油重整2煤制氢煤制氢3零排放（零排放（CO2捕获和封存）捕
3、获和封存）4LOGO甲烷重整甲烷重整甲烷部分氧化法制氢甲烷部分氧化法制氢甲烷自热转化甲烷自热转化甲烷催化裂解制氢甲烷催化裂解制氢LOGO甲烷重整甲烷重整(Steam Methane Reformation, SMR )v工艺流程：工艺流程：v反应器：反应器：由于热力学限制由于热力学限制,甲烷蒸汽转化需在高温下进行甲烷蒸汽转化需在高温下进行(750920).Lin等人对甲烷蒸汽转化与氢气纯化进行了集成研究等人对甲烷蒸汽转化与氢气纯化进行了集成研究:采用钯膜采用钯膜反应器反应器,可将反应温度降至可将反应温度降至500。采用膜反应器不仅可以降低反应温。采用膜反应器不仅可以降低反应温度度,还可以省去后
4、序的氢气纯化工序还可以省去后序的氢气纯化工序,具有诱人的前景具有诱人的前景.LOGO甲烷部分氧化法制氢甲烷部分氧化法制氢（Partial oxidation，POX） 反应器主要有固定床反应器、反应器主要有固定床反应器、蜂窝状反应器和流化床反应蜂窝状反应器和流化床反应器等。器等。750800 催化剂催化剂目前目前POM法主要以过渡金属法主要以过渡金属Ni、贵金属贵金属P t等为主的负载型催化等为主的负载型催化剂。剂。优点优点甲烷部分氧化法甲烷部分氧化法(POM)实际是由甲烷与氧气进行不完全氧化生成实际是由甲烷与氧气进行不完全氧化生成CO和和H2。CH4 + 1/2O2 CO + 2H2待解决问
5、题待解决问题反应器反应器具有能耗低具有能耗低,反应速率较蒸气转反应速率较蒸气转化反应快化反应快12个数量级个数量级,操作空操作空速大等优势。速大等优势。催化剂床层的热点问题、催化材催化剂床层的热点问题、催化材料的反应稳定性、操作体系的安料的反应稳定性、操作体系的安全性等。全性等。LOGO甲烷自热转化甲烷自热转化(ATRM)甲烷自热转化(ATRM)是结合SRM和POM的一种方法。自热转化工艺主要有甲烷部分氧化反应,蒸气转化反应以及变换反应，总的反应是放热反应放热反应 。Topsoe公司开发的由两部份组成的ATRM反应器将蒸气转化蒸气转化和部分氧化部分氧化结合在同一个反应器中进行。反应器的上部是燃
6、烧室,用于甲烷的部分氧化燃烧,而甲烷和水蒸气重整在反应器的下部进行。该工艺利用上部的不完全燃烧放出的热量提供给下部的吸热反应。(焦炉煤气变压吸附制氢装置焦炉煤气变压吸附制氢装置) LOGO甲烷催化裂解制氢甲烷催化裂解制氢裂裂 解解 炉炉CH4H2碳黑碳黑氢甲烷催化裂解生成碳和氢气氢甲烷催化裂解生成碳和氢气,甲烷分解反应是温和的吸热反应甲烷分解反应是温和的吸热反应,产物气中不含产物气中不含碳氧化合物碳氧化合物,避免了避免了SRM、POM、ATRM法制氢工艺中需要分离提纯氢的工序法制氢工艺中需要分离提纯氢的工序,降低了整个工程的经济成本。降低了整个工程的经济成本。 催化剂的种类是影响甲烷裂解的重要
7、因素催化剂的种类是影响甲烷裂解的重要因素,所用催化剂包括金属催化剂和非金所用催化剂包括金属催化剂和非金属催化剂。不同金属对属催化剂。不同金属对CH4的活化能力不一样的活化能力不一样,其中其中Co、Ru、N i等具有较大等具有较大的活性。也有人不同型号的活性碳、碳黑、纳米结构碳的活性。也有人不同型号的活性碳、碳黑、纳米结构碳(包括碳纳米管和包括碳纳米管和C60/70)做催化剂做催化剂,结果发现甲烷在各种活性碳上的裂解都有较高的初始活性。结果发现甲烷在各种活性碳上的裂解都有较高的初始活性。 LOGO 重油原料包括有常压、减压渣油及石油深度加工后的燃料油。重油原料包括有常压、减压渣油及石油深度加工后
8、的燃料油。重油与水蒸汽及氧气反应制得含氢气体产物。部分重油燃烧提供转重油与水蒸汽及氧气反应制得含氢气体产物。部分重油燃烧提供转化吸热反应所需热量及一定的反应温度。气体产物组成：氢气化吸热反应所需热量及一定的反应温度。气体产物组成：氢气46（体积），一氧化碳（体积），一氧化碳46，二氧化碳，二氧化碳6。该法生产的氢气产物成。该法生产的氢气产物成本中，原料费约占三分之一，而重油价格较低，故为人们重视。本中，原料费约占三分之一，而重油价格较低，故为人们重视。重油制氢重油制氢LOGO煤气化制氢工艺煤气化制氢工艺煤焦化煤焦化煤气化煤气化固定床固定床(也称移动床也称移动床)气化、流化床气化、气流床气化、气
9、化、流化床气化、气流床气化、熔浴床气化及地下气化熔浴床气化及地下气化 9001000,5560%LOGOCO2捕获和封存 燃烧前捕获燃烧前捕获Pre-combustion燃烧后捕获燃烧后捕获Post-combustion 氧气燃料燃烧氧气燃料燃烧捕获捕获Oxyfuel-combustion森林和陆地森林和陆地生态储存生态储存海洋储存海洋储存地下储存地下储存Eg.美国美国“FutureGen”(未来发电未来发电) 计划计划Eg.澳大利亚澳大利亚ZeroGen项目项目LOGO电解水制氢电解水制氢LOGO目目 录录制氢技术发展简要制氢技术发展简要1制氢技术发展现状制氢技术发展现状2制氢技术机理及研究
10、方向制氢技术机理及研究方向3制氢技术的应用制氢技术的应用4制氢设备及其安全体系制氢设备及其安全体系5LOGO制氢技术发展简要制氢技术发展简要当前改革开放后解放后解放前我国的水电解技术几乎一片空白上世纪六七十年代，中船718成功开发了加压水电解制氢装置船用水电解制氢技术开始转入民用，各方面得到了进一步改进目前水电解制氢的市场大约每年有2-3亿的产值，水电解产品供不应求LOGO制氢技术发展现状制氢技术发展现状.制氢技术制氢技术发展现状发展现状国内国内国外国外水电解制氢技术自开发以来一直进展不大 其主要原因是需要耗用大量的电能，电价昂贵所致。近年来，海水电解、光催化等制氢技术的研发在很大程度上解决了
11、耗电大的问题。经过上百年的发展，国外已经产生许多水电解槽的产品品牌以及生产厂商，水电解技术应用较为广泛。同时，科研方面也在尝试各种能耗较低的水电解制氢技术。LOGO制氢技术机理及研究方向制氢技术机理及研究方向机理机理研究方向研究方向是利用两个不起化学反应的电极,用一种无机酸或一种碱金属氢氧化物的水溶液传导直流电流时，在阴极生成氢气，在阳极生成氧气 。现代工业化水电解制氢工艺通常是采用所有电极并联连接的单极性电解槽和所有电极串联连接的双极性电解槽进行的，操作温度一般低于 80。电解槽制氢中，能耗是研究的重点。影响能耗的主要因素，从化学理论来看，一是电极材料决定的电极超电位；二是电解液及隔膜的电阻
12、。因此，近年来，人们把研究方向定位于对电极、隔膜及电解质材料的研究上，当然电解槽结构也是需要关注的。LOGO制氢技术机理及研究方向制氢技术机理及研究方向原理原理（1 1） 阴极反应：电解液中的阴极反应：电解液中的H H+ +（水电离后产生的）受阴极的吸引而移向阴极，接受电（水电离后产生的）受阴极的吸引而移向阴极，接受电子子 而析出氢气，其放电反应为：而析出氢气，其放电反应为：（2）阴阳极合起来的总反应式为：阳极反应：电解液中的OH-受阳极的吸引而移向阳极，最后放出电子而成为水和氧气，其放电反应为：LOGO制氢技术机理及研究方向制氢技术机理及研究方向电解槽制氢中，能耗是研究的重点。影响能耗的主要
13、因素，从化学理论来看，一是电极材料决定的电极超点位；二是电解液及隔膜的电阻。因此，近年来，人们把研究方向定位于对电极、隔膜及电解质的研究上，当然电解槽结构也是需要关注的。LOGO制氢技术的应用制氢技术的应用三种电解水制氢技术的比较三种电解水制氢技术的比较碱性水溶液电解制氢碱性水溶液电解制氢2OH- H2O O2+2e2H2O+2e 2OH- + H2采用Ni或Ni合金电极，效率75LOGO制氢技术的应用制氢技术的应用三种电解水制氢技术的比较三种电解水制氢技术的比较固体聚合物电解制氢（固体聚合物电解制氢（SPE)能量效率高，产品纯度高。LOGO制氢技术的应用制氢技术的应用三种电解水制氢技术的比较
14、三种电解水制氢技术的比较固体氧化物电解制氢固体氧化物电解制氢(SOEC)高效、低污染的能量转化装置LOGO制氢技术的应用制氢技术的应用三种电解水制氢技术的比较三种电解水制氢技术的比较LOGO制氢技术的应用制氢技术的应用三种电解水制氢技术的比较三种电解水制氢技术的比较工作原理工作原理由于碱性电解池与SPE的工作温度较低约80，电解过程所需能量主要为电能，所以其制氢系统工作原理为：一次能源系统输出电能(G) 至电解池系统，在电能作用下，将水电解生成氢气和氧气；而SOEC电解池工作温度较高800950，其电解过程与碱性和SPE电解池不同， 所需能量除电能之外，还需要高温热能，所以SOEC电解制氢系统
15、工作原理为：一次能源系统输出电能(G) 和高温热能(Q ) 至SOEC电解池系统，在电能和高温热能的共同作用下，将水蒸气电解生成氢气和氧气。效率比较效率比较碱性电解制氢系统尽管是目前最成熟的大规模制氢技术，但其电解效率与总制氢效率均很低，分别约为56% 和25% ；固体聚合物电解制氢系统电解效率有了较大提高, 但其总制氢效率仍较低，分别约为76% 和35% ；而固体氧化物电解制氢系统在高温条件下将水蒸气高效电解制氢，电解效率可达到90% 以上，系统总制氢效率可高达55% 。LOGO制氢设备及其安全体系制氢设备及其安全体系电解水制氢设备电解水制氢设备LOGO制氢设备及其安全体系制氢设备及其安全体
16、系安全体系安全体系 水电解制氢系统安全体系建设主要包括制氢房环境和建筑安全、供电系统安全、防雷设施安全、操作规程及安全制度建设等方面,每一个环节的建设都将对设备的安全生产存在隐患,因此,水电解制氢系统安全体系建设显得优为重要。水电解制氢系统制氢房环境和建筑安全水电解制氢系统供电系统安全水电解制氢系统防雷设施安全水电解制氢系统安全制度建设LOGO光解水制氢光解水制氢LOGOContents引言引言1光催化制氢的反应机理光催化制氢的反应机理2影响光催化制氢效率的因素影响光催化制氢效率的因素3光催化制氢的发展前景光催化制氢的发展前景4LOGO引言引言v 近几十年来，随着全球能源需求的持续增长，寻找新
17、能源的研究越来越受到人们的关注。氢能，它作为二次能源,具有清洁、高效、安全、可贮存、可运输等诸多优点，已普遍被人们认为是一种最理想的新世纪无污染的绿色能源，因此受到了各国的高度重视。v 自1972年日本东京大学Fujishima A和Honda K两位教授首次报导TiO2单晶电极光催化分解水从而产生氢气这一现象后，揭示了利用太阳能直接分解水制氢的可能性，开辟了利用太阳能光解水制氢的研究道路。随着电极电解水向半导体光催化分解水制氢的多相光催化的演变和TiO2以外的光催化剂的相继发现，兴起了以光催化方法分解水制氢(简称光解水)的研究，并在光催化剂的合成、改性等方面取得较大进展。 LOGOv半导体光
18、催化制氢反应机理 半导体材料在受到能量相当于或高于催化剂半导体的禁带宽度的光辐照时，晶体内的电子受激从价带跃迁到导带,在导带和价带分别形成自由电子e-和空穴，水在这种电子- 空穴对的作用下发生电离，生成H2 和O2 。LOGOv半导体光催化制氢的条件 高稳定性，价廉； 禁带宽度要大于水的电解电压(理论值1.23 eV)； 半导体价带的位置应比O2/H2O的电位更正，而导带的位置应比H2/H2O 更负； 高效吸收太阳光谱中大多数的光子，即光子的能量还必须大于半导体禁带宽度。LOGOv光催化制氢体系半导体光半导体光催化制氢催化制氢Z-型体系型体系光催化法光催化法悬浮体系悬浮体系光催化法光催化法光电
19、化学光电化学体系制氢体系制氢LOGOvZ-型制氢体系TIO2表面镀WO3薄膜：WO3吸收蓝光产生空穴，用于氧化水；DSSC-TiO2吸收透过的绿光和红光，产生具有高活性的导电电子还原氢。利用了整个可见光；克服了单一半导体的局限性；理论效率47%，实际光转换效率已达到8%。LOGOv光电化学催化制氢体系 通过光电极受激产生电子-空穴对作为氧化还原剂，参与电化学反应。光激发过程：TiO2+hv h+ e-光电极上氧化反应：H2O+2h+ 1/2O2+2H+对电极上阴极反应：2H+ 2e- H2总的光解水反应：H2O+hv H2+O2LOGO影响光催化反应效率的因素影响光催化反应效率的因素v催化剂的
20、种类大多数集中于Ti4+、Zr5+、Nb5+、Ta5+基具有d0电子构型的化合物及In3+、Ga3+、Ge4+、Sn4+基具有d10构型的p区金属化合物。常见的光催化剂：TiO2、ZnO、过渡金属(复合)氧(硫/硒)化物如ZrO2，CdS，Co3O4，WO3，Fe3O4，IrO2，RuO2，-Bi2O3等。具有层状钙钛矿结构的复合氧化物如钛酸盐、铌酸盐和钽酸盐等。如：NiO-K4Nb6O17，RuO2-Ba2Ti4O9LOGO影响光催化反应效率的因素影响光催化反应效率的因素v影响光催化制氢反应效率的因素（1）晶体结构晶体中的缺陷提供了电子和空穴发生复合反应的位置，在较完整的晶体中，缺陷的数量越
21、少，光子所激活的电子和空穴的寿命就越长，迁移率也越高，水分解的效率也越高。光催化剂材料本身的晶体结构、能级结构以及表面特性等因素对光催化性能也有较大影响。（2）表面活性光催化活性是由催化剂的吸收光能力，电荷分离和向吸附分子转移的效率决定的。影响光学表面态的两个主要因素：表面羟基和晶粒尺寸。 粒子越小，量子效率越高LOGO影响光催化反应效率的因素影响光催化反应效率的因素（3）电子受体或给体（4）其他因素PH 值光强：光强越强，催化剂的催化活性越高。温度：温度对光催化反应影响不大。无机离子：无机阴离子在光催化反应中作用各不相同，有的 起抑制作用，有的起促进作用。LOGOv 光催化制氢反应在解决环境
22、和能源问题上具有广阔的应用前景。虽然经过各国科学家多年的探索和积累,该领域的研究在近些年取得了较大进展,但总的来说,利用太阳能光催化制氢的效率还有待进一步提高,尤其直接分解水制氢的效率还很低,远未达到实际应用的要求。v 为了促进该领域的发展,今后光催化制氢可从以下几方面进行深入系统的研究。 (1) 加强基础领域的研究,尤其强化光生载流子分离、传输及反应等微观过程的机理研究,为催化剂的设计提供理论指导; (2) 加强学科间交叉融合,从不同领域汲取营养,如借鉴生物光合过程、光伏电池p-n 结及光电催化原理等,扩展光催化剂设计思路; (3) 借助于材料科学发展的新方法和新思路,制备高效、稳定、具有可
23、见光响应的新型光催化剂; (4) 设计新型的光催化反应系统,为光催化的工业应用打下基础。光催化制氢发展前景光催化制氢发展前景LOGO生物制氢生物制氢LOGOContents生物制氢的方法1方法的比较2已研究的产氢生物类群34生物制氢的发展与展望LOGOv生物制氢生物制氢: :生物质通过气化和微生物催化脱生物质通过气化和微生物催化脱氢方法制氢氢方法制氢, ,在生理代谢过程中产生分子氢在生理代谢过程中产生分子氢过程的统称。过程的统称。 生物制氢过程主要包括四种不同方法，分别是： 光解水制氢技术 暗发酵制氢技术 光发酵制氢技术 光发酵和暗发酵耦合制氢技术 LOGOv光解水制氢光解水制氢技术技术 光解
24、水制氢是微藻及蓝细菌以太阳能为能源，以水为原料，通过光合作用及其特有的产氢酶系，将水分解为氢气和氧气。此制氢过程不产生CO2。蓝细菌和绿藻均可光裂解水产生氢气，但它们的产氢机制却不相同。蓝细菌的产氢是固氮酶催化产氢和氢酶催化产氢；而绿藻在光照和厌氧条件下的产氢则由氢酶催化。 LOGOv暗发酵制氢技术暗发酵制氢技术 暗发酵制氢是异养型厌氧细菌利用工业废水和农业废弃物中存在的大量的葡萄糖、淀粉、纤维素等等有机物，通过暗发酵作用产生氢气。以造纸工业废水、发酵工业废水、农业废料（秸秆、牲畜粪便等）、食品工业废液等为原料进行生物制氢，既可获得洁净的氢气，又不另外消耗大量能源。LOGOv光发酵制氢技术光发
25、酵制氢技术 光发酵制氢是光合细菌利用有机物通过光发酵作用产生氢气。有机废水中含有大量可被光合细菌利用的有机物成份。 利用有机废水生产氢气要解决污水的颜色（颜色深的污水减少光的穿透性）、污水中的铵盐浓度（铵盐能够抑制固氮酶的活性从而减少氢气的产生）等问题。若污水中COD值较高或含有一些有毒物质（如重金属、多酚、PAH），在制氢必须经过预处理。 LOGOv光发酵和暗发酵耦合制氢技术光发酵和暗发酵耦合制氢技术 光发酵和暗发酵耦合制氢技术，比单独使用一种方法制氢具有很多优势。将两种发酵方法结合在一起，相互交替，相互利用，相互补充，可提高氢气的产量。LOGO表1：几种生物制氢方法比较LOGO已研究的产氢
26、生物类群已研究的产氢生物类群绿藻绿藻蓝细菌蓝细菌光合光合细菌细菌发酵发酵细菌细菌需要光；可由水产生氢气；转化的太阳能是树和农作物的10倍；产氢速度慢。需要阳光；可由水产生氢气；主要由固氮酶产生氢气；具有从大气中固氮的能力。需 要 光 ； 可利 用 的 光 谱范 围 较 宽 ；可 利 用 不 同的 废 料 ； 能量利用率高；产 氢 速 率 较高.不需要光；可利用的碳源多；产生有价值的代谢产物；多为无氧发酵；产氢速率相对较高。LOGOv 生物制氢是可持续地从自然界中获取氢气的重要途径之一。现代生物制氢的研究始于20世纪70年代的能源危机。v 1990年代因为对温室效应的进一步认识，生物制氢作为可持
27、续发展的工业技术再次引起人们重视。v 早前的文献与专利主要为有机物质厌氧发酵制氢或合成气、生物质热分解制氢、生物质超临界转化制氢等技术领域。v 20002002年对生物的研究主要集中于发酵过程的机制、发酵原料的准备等。v 20022004年的研究方向主要集中于有机废物的发酵、催化剂的选择等。v 2004年之后，其涉及的技术日益多样化，出现了生物质热分解制氢、生物质超临界转化制氢等领域的专利。生物制氢的发展历程生物制氢的发展历程LOGO目前存在问题及发展前景1 如何筛选产氢率相对高的菌株、设计合理的产氢工艺来 提高产氢效率。2 高效制氢过程的开发。3 发酵细菌产氢的稳定性和连续性。4 混合细菌发
28、酵产氢过程中彼此之间的抑制、发酵末端产物对细菌的反馈抑制等。LOGO模拟氢化酶制氢模拟氢化酶制氢LOGO目录目录氢化酶基本概念氢化酶基本概念1氢化酶制氢机理氢化酶制氢机理2模拟氢化酶制氢模拟氢化酶制氢3LOGO氢化酶基本概念氢化酶基本概念v定义定义：v自然界厌氧微生物体内存在的一种金属酶，它能自然界厌氧微生物体内存在的一种金属酶，它能够催化氢气的氧化或者质子的还原这一可逆化学够催化氢气的氧化或者质子的还原这一可逆化学反应。反应。v根据所含金属元素不同：vNiFe氢化酶氢化酶vFe氢化酶氢化酶vFeFe氢化酶氢化酶LOGO氢化酶基本概念氢化酶基本概念LOGO氢化酶制氢机理氢化酶制氢机理v可以催化
29、三种类型反应：可以催化三种类型反应：v1.同位素氢的交换同位素氢的交换v1H2H+1H2O 1H2+1H2HOv1H3H+1H2O 1H2+1H3HOv1H3H+2H2O 2H2+1H3HOv2.邻对位氢的转换邻对位氢的转换vp-H2 o o-H2v3.氢分子的可逆氧化氢分子的可逆氧化v H2 2H 2H+ +2e+2e- -LOGO氢化酶制氢氢化酶制氢v游离氢化酶制氢方法：游离氢化酶制氢方法：v电化学电化学v光化学光化学v微藻类筛选微藻类筛选LOGO 氢化酶制氢机理制氢途径制氢途径（1）通过廉价的培养基甚至是废物进行黑暗发酵，这主要是）通过廉价的培养基甚至是废物进行黑暗发酵，这主要是利用异氧
30、型的厌氧菌或固氮菌分解小分子的有机物制氢；利用异氧型的厌氧菌或固氮菌分解小分子的有机物制氢；（2）直接生物光解作用，即直接利用光系统通过光合作用裂）直接生物光解作用，即直接利用光系统通过光合作用裂解水释放的电子经过解水释放的电子经过Fd传递给氢化酶后生成氢的过程。传递给氢化酶后生成氢的过程。LOGO模拟氢化酶制氢氢化酶在温和条件下具有高效的催化产氢活性，科学家们期氢化酶在温和条件下具有高效的催化产氢活性，科学家们期望通过对已知结构的氢化酶的活性中心进行化学模拟合成，望通过对已知结构的氢化酶的活性中心进行化学模拟合成，然后再通过人工模拟体系再现自然界氢化酶的产氢过程。然后再通过人工模拟体系再现自
31、然界氢化酶的产氢过程。LOGO模拟氢化酶制氢模拟氢化酶制氢vFeFe氢化酶氢化酶v单个活性中心每秒能产生单个活性中心每秒能产生60009000个分子的氢个分子的氢气，是气，是NiFe氢化酶和氢化酶和Fe氢化酶的氢化酶的10100倍。倍。v氢化酶活性中心的模拟及催化还原制氢体系研究氢化酶活性中心的模拟及催化还原制氢体系研究v唯铁氢化酶唯铁氢化酶Fe/S蛋白体系蛋白体系2.5分辨率的晶体结构于分辨率的晶体结构于1998年在年在Science上报道，其活性中心（上报道，其活性中心（H-Cluster）包含）包含2Fe2S羰基配合物，该类氢化酶的羰基配合物，该类氢化酶的主要功能是利用电子还原质子放出氢
32、气。主要功能是利用电子还原质子放出氢气。LOGO模拟氢化酶制氢模拟唯铁氢化酶模拟唯铁氢化酶H-Cluster结构的多结构的多核核Fe/S簇及其在还原态时的放氢能簇及其在还原态时的放氢能力，对可逆的氢化酶体系进行研究。力，对可逆的氢化酶体系进行研究。将人工放氢酶双核或多核还原型将人工放氢酶双核或多核还原型Fe/S原子簇与光敏剂相原子簇与光敏剂相 结合，通过结合，通过电化学及光化学研究这些体系的光电化学及光化学研究这些体系的光致放氢性能。最近利用超分子组装致放氢性能。最近利用超分子组装将将Fe2S2催化剂与锌卟啉相结合，首催化剂与锌卟啉相结合，首次得到具有光活性的超分子催化剂。次得到具有光活性的超
33、分子催化剂。LOGO模拟氢化酶制氢LOGO模拟氢化酶制氢LOGO小结氢化酶的研究在过去十多年的时间里已经成为氢化酶的研究在过去十多年的时间里已经成为生物化学领域内最为活跃的研究热点之一。但生物化学领域内最为活跃的研究热点之一。但是目前，多数氢化酶模型化合物对质子的催化是目前，多数氢化酶模型化合物对质子的催化还原效率和还原电位同自然界氢化酶相比还有还原效率和还原电位同自然界氢化酶相比还有很大差距，希望感兴趣的同学可以在这方面有很大差距，希望感兴趣的同学可以在这方面有所研究。所研究。LOGO 各种氢能制备技术的比较各种氢能制备技术的比较及发展趋势及发展趋势LOGO 氢能经济的构想氢能经济的构想氢能
34、经济的起源氢能经济的起源LOGO背景背景目前的能源结构： 我国能源结构面临经济发展和环境保护的双层压力； 氢能作为理想的清洁的可再生的二次能源，其形成的关键是廉价的氢源。LOGOv由此可以看出，氢能作为一种可再生的清洁的生产能源，它在未来的使用价值是不可估量的，因此有必要探讨氢能制备的最优方式。v目前氢能技术面临的难题 1.制氢：如何实现大规模的廉价制氢？ 2.储氢：如何经济、合理、安全地储备氢？ 3.利用氢：如何高效率、低成本地利用氢？LOGO电解水制氢电解水制氢化石燃料制化石燃料制氢氢生物制生物制氢氢光解水制氢光解水制氢模拟氢化酶模拟氢化酶各种制氢方法各种制氢方法LOGO各种制氢方法的优缺
35、点优点：优点：技术成熟；技术成熟； 成本低；成本低；化石燃料制氢化石燃料制氢-目前主要的制氢方法目前主要的制氢方法缺点：缺点：化石燃料属不可化石燃料属不可再生能源；再生能源；制氢过程中产生制氢过程中产生环境问题；环境问题；依赖常规能源；依赖常规能源；LOGO各种制氢方法的优缺点优点：优点：工艺简单；工艺简单；不会产生污染；不会产生污染；电解水制氢电解水制氢-应用较广应用较广缺点：缺点：耗电量大；耗电量大；效率低效率低50%-70%；LOGO各种制氢方法的优缺点优点：优点：清洁；清洁；原料来源广泛；原料来源广泛；不污染环境；不污染环境；光解水制氢光解水制氢缺点：缺点：太阳能的收集是太阳能的收集是
36、局限；局限；已存在的光催化已存在的光催化剂能量转化效率剂能量转化效率低；低；LOGO各种制氢方法的优缺点优点：优点：不受微生物的限不受微生物的限制；制；可以实现大规模可以实现大规模的生产；的生产；模拟氢化酶制氢模拟氢化酶制氢缺点：缺点：目前模拟的氢化目前模拟的氢化酶效率低；酶效率低；LOGO各种制氢方法的优缺点优点：优点：原料可再生性；原料可再生性；低污染性；低污染性；操作费用低廉；操作费用低廉；生物制氢生物制氢缺点：缺点：效率低；效率低；微生物筛选困难微生物筛选困难原料的收集和储原料的收集和储运是问题；运是问题；LOGO制氢的发展方向制氢的发展方向 传统的制氢方法消耗大量的不可再生能源，或其它能量，因此不适应社会的发展需求。 生物制氢是利用生物自身的代谢作用将有机质或水转化为氢气，实现能源产出。 LOGO制氢技术的发展方向制氢技术的发展方向生物制氢技术的优越性体现在：生物制氢技术的优越性体现在： 原料广泛且成本低廉：原料广泛且成本低廉：植物、微生物、工业有机物和水。 操作费用低：操作费用低：在生物酶的作用下，反应条件为温和的常温常压。 依赖性小：依赖性小：产氢所转化的能量来自生物质能和太阳能，完全脱离了常规的化石燃料。 不产生二次污染：不产生二次污染：反应产物为二氧化碳，氢气和氧气，二氧化碳经过处理仍是有用的化工产品，可实现零排放的绿色无污染环保工程。
