为了应对化石燃料燃烧排放温室气体导致的气候变化问题，全球200多个国家达成《联合气候变化框架公约》，提出到21世纪末的控制温室气体排放路线图。近年来，我国一直致力于碳减排，主动承担起国际责任。2020年9月，习近平总书记在第七十五届联合国大会上表示争取在2060年前实现碳中和。碳中和目标促使各国的能源结构向低碳化、无碳化与清洁化的方向转变。氢能将成为应对气候变化、能源结构转型与保障能源供应安全的综合解决方案。
最近，中国科学院大学资源与环境学院余志晟课题组卢旺达籍博士研究生Fabrice Ndayisenga，以第一作者身份在Renewable and Sustainable Energy Reviews上发表了题为 “Microbial electrohydrogenesis cell and dark fermentation integrated systemenhances biohydrogen production from lignocellulosic agricultural wastes: Substrate pretreatment towards optimization” （DOI: 10.1016/j.rser.2021.111078）的综述文章。该文章提出了利用农业废弃物产生清洁能源氢气是一种实现可持续发展“碳中和”目标和最具效益的方法；并阐明了采用微生物电解池技术耦合暗发酵系统制氢的稳定操作条件及其生物制氢性能。
氢气作为一种热值高的清洁能源，是一种可替代化石燃料的可再生能源。利用农业废弃物中的木质纤维素等可再生资源制氢是一种可持续且低成本地实现碳中和的方法。由于木质纤维素结构的顽固性和富酸中间副产物的积累，单一使用暗发酵技术制氢效果不理想。但是，基于生物电化学反应的微生物电解池可以在暗发酵反应器中通过促进挥发性脂肪酸的分解来提高氢气产量。因此，该文章提出了采用微生物电解池技术与暗发酵相结合的方式将成为生物质制氢的有效策略。
此外，该文章还总结了农业废弃物的结构组成及其在土壤中的分布对生物制氢的影响，提出了含有木质纤维素的农业废弃物可能的预处理方法。该综述列举了微生物电解池耦合暗发酵系统制氢在实际应用中潜在的技术挑战，并为该系统在工业实施中的应用提供了可持续的解决方案。实现微生物电解池耦合暗发酵系统制氢的大规模应用，不仅在满足清洁能源需求的同时实现“碳中和”目标，还提供了一种可持续的农业废弃物处理方式和生产廉价的天然生物肥料的方法。该项工作获得了中国科学院与发展中国家科学院院长奖学金、中国科学院科技服务网络计划和国家重点研发计划课题的资助。
原文链接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S136403212100366X?dgcid=coauthor#fig1
图1 利用农业废弃物木质纤维素生产可再生生物氢的总体解决方案
图2 促进生物氢产率的微生物电解池耦合暗发酵系统的原理图
图3 生物电化学制氢系统的电压损耗示意图
Fabrice Ndayisenga 卢旺达
