综述：生物质制生物氢转化的过程、环境与经济影响综合分析

这篇综述系统分析了生物质制生物氢（biohydrogen）的转化路径（包括暗发酵（DF）、光发酵（PF）和热化学法），重点评估了其环境生命周期（LCA）与经济可行性，并探讨了混合技术（如DF-PF耦合）在优化氢产率（H2 yield）和降低温室气体（GHG）排放中的潜力，为全球脱碳目标提供了技术-政策协同策略。

　　

Abstract

清洁能源转型是应对气候变化的核心议题，生物质制生物氢因其零碳燃烧特性（仅生成H₂O）成为研究热点。本文综述了生物（暗发酵、光发酵）与热化学（气化、热解）两大转化路径的机制与效率：暗发酵利用厌氧菌（如Clostridium）将有机废物转化为H₂和挥发性脂肪酸（VFAs），但面临代谢副产物抑制；光发酵依赖光合细菌（如Rhodobacter）的光能驱动，效率受光照限制；热化学法（如超临界气化）虽产氢量高（达120 g H₂/kg生物质），但碳强度（carbon intensity）显著。

环境与经济的权衡

生命周期评估（LCA）显示，生物路径的GHG排放（<50 kg CO₂e/GJ）低于热化学法（>80 kg CO₂e/GJ），但后者可通过碳捕集（CCS）实现负排放。经济分析表明，暗发酵的平准化氢成本（LCOH）为2.5–4.0 USD/kg，而热化学法因设备复杂（反应器成本占比40%）达3.5–6.0 USD/kg。混合系统（如DF-PF耦合）能提升产率30%，但技术成熟度（TRL）仅4–5级。

创新与挑战

磁性纳米颗粒（MNPs）和人工微生物群落（AMCs）可优化代谢通量，微波辅助热解（MAP）则缩短反应时间50%。然而，预处理能耗（占成本25%）和政策缺失仍是瓶颈。未来需标准化可持续性指标，并整合废弃物价值链（如市政污泥（MSW）的闭环利用）。

Conclusion

生物质制氢技术需跨学科协作以平衡环境-经济效益，其中混合系统与政策激励（如碳定价）是规模化应用的关键推手。