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哈工大任南琪小组：有机废水生物制氢 作为新能源，氢气的优点显而易见。有人将氢气誉为“世 界上最干净的能源”，因为它的燃烧产物只有水。氢气的 燃烧热值高，相同质量的氢气燃烧所产生的热量约为汽油 的 3 倍、酒精的 3.9 倍、焦炭的 4.5 倍。更为重要的是， 氢气是一种可储存的能源载体。有科学家认为，21 世纪氢 能有可能在世界能源舞台上占有举足轻重的地位。 能够制氢的技术有很多种，然而利用废水制氢无疑具 有别样的吸引力，因为它同时兼具了废水处理的功能，可 谓一举两得。在国家自然科学基金等支持下，从上个世纪 90 年代初开始，*工业大学教授任南琪就开始了有机废水 中产生氢气的机理研究。他利用发酵法生物制氢技术，在 产生氢的同时伴随有机物的降解，使废水得到净化。 发酵法制氢优势渐显 据介绍，制氢的方法有两类，即利用不可再生资源制 氢和利用可再生资源制氢。前者是利用石油、天然气、煤 炭等资源的方法，目前这一领域的技术已经相当成熟，由 此生产出的氢气约占目前世界氢气生产总量的 96%。而剩余 4%的氢气生产量，则基本由电解水来完成，而水无疑是一 种可再生资源。 从可持续发展的角度来看，利用不可再生资源制氢， 显然不是长久之计，利用可再生资源制氢，将会是一条非 常有潜力的制氢之路，尽管目前利用可再生资源制氢在氢 气生产总量中所占的比例微不足道。 可再生资源制氢技术大体可以分为热物理制氢和生物 制氢。前者因为对生成条件要求较高，目前还只是处于实 验室阶段，而后者已经开始成为可再生资源制氢技术中的 一支重要力量。 生物制氢是利用某些微生物体内存在着特殊的氢代谢 系统来生产分子氢的一项生物工程技术。光合法制氢和发 酵法制氢是生物制氢技术的两个大类。然而经过半个多世 纪的研究，到上个世纪 90 年代末，光合法制氢依然没有达 到理想的效果，主要是因为光合微生物生长速度慢，生长 过程必须要有充足的光照，这些制约因素使得光合法制氢 无法走出实验室，实现规模化和产业化。 与此同时，发酵法制氢开始异军突起。1990 年，*工 业大学教授任南琪发现了用产氢细菌在有机废水处理中产 生氢气的现象。通过多年的研究，他们成功掌握了利用有 机废水制氢的技术，在产生氢的同时伴随有机物的降解， 使废水得到净化，从而变废为宝。 从实验室到示范工程 从 1990 年到 1996 年，有机废水发酵法生物制氢的小 试研究完成。而早在 1991 年，任南琪及其率领的团队就得 到了国家自然科学基金的资助。提及此事，任南琪感慨地 说：“可以说，没有国家自然科学基金的支持，就没有我 们的今天。” 同样给予任南琪支持的，还有黑龙江省。1995 年，任 南琪的小试研究获得黑龙江省科技进步奖二等奖。通常情 况下，一项处于小试阶段的技术是不可能拿到二等奖的， 但是这项技术的超前性，使得当时的评委会破了例。 1996 年到 1999 年底，有机废水发酵法生物制氢的中试 研究顺利完成，在世界上首次完成生物制氢中试研究，开 创了具有我国自主知识产权的厌氧活性污泥工艺发酵法生 物制氢技术。XX 年，经过院士投票，这项中试研究成果评 选为“XX 年中国十大科技进展新闻”之一。此时，国外小 型连续流反应器发酵法制氢技术才刚刚开始，并且，这还 源于 1990 年任南琪发表的相关论文被国外科学家所注意。 XX 年到 XX 年，在国家氢能“973”项目的支持下，任 南琪发现了一类新的菌种，这些细菌不仅可以在氢气制造 中起到良好的催化作用，而且对环境要求较低，大大提高 了氢气的产量，为生物制氢从实验室走向工厂化生产奠定 了基础。 XX 年，由任南琪承担的国家“863”计划“有机废水发 酵法生物制氢技术生产性示范工程”，在*国际科技城启 动。该项目日产氢气 1200 立方米，成为国际上第一条发酵 法生物制氢生产线，并且在规模上创造了世界之最。谈到 任南琪的“有机废水发酵法生物制氢技术”，清华大学核 能与新能源技术研究院教授毛宗强赞许有加，他尤其肯定 这项技术“一箭双雕，既产生了氢气，又处理了污水”。 XX 年初，任南琪及其课题组完成的“乙醇型发酵生物 制氢技术”荣获国家技术发明奖二等奖，比国外利用丁酸 型性发酵的产氢率高几十倍。 作为中国可再生能源学会氢能专业委员会主任和国际 氢能学会的理事会成员，毛宗强认为，这项技术不仅体现 了我国在科研上的水平，同时还具有不可忽视的社会意义， 那就是我国政府大力支持氢能开发，正在为减少温室气体 排放、缓解全球环境恶化作出积极努力。 1 元钱的目标 当然，示范工程的成功建立并不意味着大规模工厂化 生产的条件已经完全成熟。在任南琪看来，他们还有一些 技术上的问题需要进一步研究解决。任南琪希望能进一步 提高菌种的产氢效率，高效利用廉价的资源、丰富的生物 质，进一步提高转化率。他们还将尝试解决诸如反应器大 规模应用时出现的技术问题。 归结起来，任南琪认为，下一步要解决的核心问题是 如何降低成本。他的目标是生产 1 立方米氢气的成本控制 在 1 元人民币以内。 目前，利用电解水制氢，每产出 1 立方米氢气，需要 消耗 3 至 4 度电。而利用不