综述：木质纤维素生物质与微藻生物制氢技术

这篇综述系统阐述了利用木质纤维素生物质（lignocellulosic biomass）和微藻（microalgae）进行生物制氢（biohydrogen）的前沿技术，重点分析了生物光解（biophotolysis）、光发酵（photofermentation）、暗发酵（dark fermentation）和微生物电解（microbial electrolysis）等方法的优化策略，同时探讨了光生物反应器（photobioreactor）设计及金属氢化物储氢等关键技术，为可持续能源开发提供了理论支撑。

　　

ABSTRACT

生物制氢技术为解决气候变化提供了可持续方案。化石燃料的快速消耗导致大量温室气体排放，而利用木质纤维素生物质和微藻制氢因其环境友好性和高效性成为研究热点。通过物理、化学、酶解或离子液体等预处理手段可显著提升生物质与微藻的产氢效率。

生产方法比较

生物光解（Biophotolysis）：微藻在光照下分解水分子产氢，其效率受藻种耐酸碱性（pH 2-11）和温度适应性（20-40°C）影响。光发酵（Photofermentation）利用光合细菌转化有机酸，需优化光照波长（400-700 nm）以提升能量转化率。暗发酵（Dark Fermentation）则依赖厌氧菌群，但需抑制甲烷菌（methanogens）竞争。微生物电解（MEC）通过外加电压（0.2-0.8 V）驱动产氢，电极材料（如碳纳米管）和膜选择至关重要。

微藻系统优化

微藻产氢优势在于其高生长速率和极端环境耐受性。水平式、管式和扁平式光生物反应器（PBRs）的设计直接影响光能捕获效率，其中波纹板式PBR可提升30%产氢量。关键挑战在于规模化培养中如何平衡生物量积累与氢化酶（hydrogenase）活性抑制。

非生物因素调控

底物浓度（10-50 g/L）、pH（5.5-7.5）和温度（35-55°C）的协同调控可避免代谢副产物积累。金属电极的析氢过电位（overpotential）需低于0.25 V，而复合膜（如Nafion^? 117）的质子传导率决定MEC效率。

氢储存与运输

镁基氢化物（MgH₂）和钒合金（V-Ti-Fe）因其高储氢密度（7.6 wt%）和可逆吸附特性成为研究重点，但需解决解吸温度过高（>300°C）问题。低温液氢运输需配合分子筛纯化技术以维持99.99%纯度。

该领域未来需突破微藻基因改造（如敲除吸氢酶基因）和反应器智能控制系统开发，以实现工业化应用。