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本文综述了小麦、玉米、水稻和大麦秸秆用于生物氢（Biohydrogen）生产的潜力。分析了这些秸秆的理化性质，探讨了预处理方法和发酵技术的进展，指出其面临的挑战，强调该技术对可持续能源和循环经济的重要性。
引言
生物氢是一种清洁且可持续的能源，它有望降低对化石燃料的依赖。生物氢可通过生物质的厌氧消化或有机材料发酵等生物过程产生，与传统基于化石燃料制取氢气的方法相比，它是一种可再生的替代方案。
生物氢的一大显著优势在于能够减少温室气体排放。当生物氢由有机废物或生物质制取时，它被视为碳中性的。因为在其燃烧或在燃料电池中使用时释放的碳，可由植物生长过程中固定的碳来抵消。而且，生物氢在燃料电池中能高效发电，仅产生水蒸气这一副产物，对缓解气候变化贡献显著。
生物氢生产的原料来源十分灵活，农业残留物、污水以及其他各类有机废物等都能转化为生物氢，这不仅解决了废物管理难题，还通过有机残留物的持续再利用，推动了循环经济发展。
然而，生物氢生产面临着技术和经济方面的挑战。与传统制氢方法（如蒸汽甲烷重整）相比，生物过程的效率相对较低。并且，生物氢的收集、储存和分配基础设施也有待开发，以实现大规模应用。开发黑暗发酵（Dark fermentation）和光发酵（Photofermentation）等发酵技术，是提高生产过程效率的关键。
小麦、玉米、水稻和大麦秸秆是丰富且低成本的农业副产品，以往常被丢弃或低效利用，比如用于燃烧产生热能。将这些秸秆转化为生物氢，对循环经济和环境可持续性意义重大。全球谷物生产产生了大量农业废弃物，且往往缺乏妥善处理。利用这些秸秆生产生物氢，不仅有助于减少废弃物，还能为农民增加新的收入来源。
这些秸秆富含纤维素、半纤维素和木质素。纤维素和半纤维素可水解产生可发酵糖，然后通过黑暗发酵等生物过程转化为氢气。木质素虽然较难降解，但也能用于生产生物能源或其他高附加值的化学产品。高效转化这些成分，对最大化氢气产量和实现生产过程的经济可行性至关重要。
本综述旨在对小麦、水稻、玉米和大麦这四种主要谷物秸秆作为生物氢生产原料进行批判性和比较性评估。分析它们的理化组成，评估预处理策略和发酵技术（包括黑暗发酵、光发酵、混合系统和固态发酵（SSF））的最新进展，比较不同研究中的氢气产量和过程效率。此外，还将探讨关键技术障碍、可持续性考量，以及这些生物质制氢途径在循环生物经济框架中的整合。
本研究的文献是在 ScienceDirect、Scopus 和 Web of Science 这三个主要数据库中系统检索获得的。检索时使用了 “biohydrogen”“wheat straw”“corn stover”“rice straw”“barley straw”“dark fermentation”“photofermentation” 和 “pretreatment” 等关键词，并通过布尔运算符（AND、OR）进行组合。纳入标准为 2012 年至 2024 年间发表的、英文撰写的、经过同行评审的原创研究文章，且文章需提供氢气产量、预处理策略、发酵过程或生命周期 / 技术经济评估的实验数据。综述文章、非英文文章、方法学细节不足的研究或未报告氢气产量的研究均被排除。优先选择在明确工艺条件下，具有详细方法和生物氢产量清晰量化的研究。
农作物秸秆的组成和生物能源潜力
从谷物秸秆生产生物氢的总体路径，包括生物质选择、预处理技术、发酵系统以及融入循环生物经济，其流程总结见图 1（原文图示，此处省略）。
小麦、玉米、水稻和大麦秸秆等农作物秸秆的可获得性，受种植面积、农业实践和气候条件等因素影响，差异显著。在小麦为主导作物的地区，如 [具体地区未提及]，小麦秸秆广泛可得。
农业秸秆制取生物氢：最新进展
预处理策略对于提高木质纤维素生物质的生物降解性和优化氢气产量至关重要。已开发出多种物理、化学、生物和混合方法，用于破坏植物细胞壁的复杂结构，目的是增加纤维素和半纤维素对微生物或酶转化的可及性。图 2（原文图示，此处省略）总结了本综述中评估的主要预处理途径，突出了它们在提高生物氢生产效率方面的作用。
秸秆移除的环境和农艺风险
农业秸秆残留物是可持续生物氢生产的一种有前景且丰富的生物质资源，为向可再生能源系统转型提供了巨大潜力。然而，大规模移除生物质会显著破坏土壤碳动态。一个主要问题是土壤有机碳（SOC）储量的减少，这会损害 [具体损害方面未提及]。
结论
本综述对利用小麦、玉米、水稻和大麦秸秆生产生物氢进行了批判性评估，整合了最新的技术进展和战略见解。对理化组成的分析表明，这些农业残留物含有大量碳水化合物和木质素，是生物能源转化的宝贵底物。
预处理技术，从化学和热方法到新兴的电化学和氧化策略，已显示出 [具体效果未提及]。
资助声明
本研究由南马托格罗索联邦学院（IFMS）与国家科学技术发展委员会（CNPq）合作提供的科学启蒙奖学金资助。
未引用参考文献
Kumar et al. (2022)。（原文如此，未详细说明）
CRediT 作者贡献声明
Elisiane Rocha Lufan Prado：形式分析、调查、方法学、验证、可视化、撰写 - 评审与编辑、撰写 - 初稿。Rafael Cardoso Rial：撰写 - 评审与编辑、撰写 - 初稿、可视化、验证、监督、项目管理、方法学、调查、形式分析、概念化。
利益冲突声明
作者声明，他们不存在已知的可能影响本文所报告工作的竞争性财务利益或个人关系。
