近期，機(jī)電學(xué)院姚義清教授團(tuán)隊(duì)在厭氧生物制氫領(lǐng)域取得重要研究進(jìn)展，研究成果以“Microbial Mechanisms for Higher Hydrogen Production in Anaerobic Digestion at Constant Temperature versus Gradient Heating”為題發(fā)表在Microbiome。機(jī)電學(xué)院農(nóng)業(yè)生物環(huán)境與能源工程學(xué)科團(tuán)隊(duì)姚義清教授為論文通訊作者，姚義清教授的博士研究生吳恒為第一作者。

氫能是一種二次清潔能源，被譽(yù)為21世紀(jì)終極能源，也是在碳達(dá)峰、碳中和的大背景下，加速開發(fā)利用的一種高熱值能源。富含木質(zhì)纖維素的生物質(zhì)資源因其儲(chǔ)量豐富、可再生等特點(diǎn)而受到廣泛關(guān)注。利用含水率低、單位體積產(chǎn)能效率高的干式厭氧發(fā)酵技術(shù)，能夠獲取高收率的綠氫，從而應(yīng)對能源危機(jī)和實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)的無害化處置。

溫度是決定厭氧生物制氫效率的關(guān)鍵因素之一。本研究以農(nóng)作物秸稈為干式厭氧發(fā)酵原料，評估了不同控溫條件下的產(chǎn)氫潛力，發(fā)現(xiàn)恒溫條件下的綠氫產(chǎn)率顯著高于梯度升溫。一般而言，梯度升溫可能會(huì)導(dǎo)致更多的水解細(xì)菌在升溫時(shí)被高度富集，從而促進(jìn)水解過程；同時(shí)，可以促進(jìn)纖維素酶和半纖維素酶的活性，有利于氫氣的生成。而本研究發(fā)現(xiàn)微生物代謝活性并沒有在升溫期間得到強(qiáng)化，雙組分系統(tǒng)調(diào)節(jié)導(dǎo)致環(huán)境選擇壓力降低，最終導(dǎo)致梯度升溫條件下產(chǎn)氫率較低。研究結(jié)果表明，木質(zhì)纖維素的水解效率主要取決于產(chǎn)氫和耗氫間的博弈。而通過溫度馴化更易加劇氫氣的損耗。

該研究改變了人們對溫度馴化功能菌群的認(rèn)知，為高效生物制氫和產(chǎn)氫工程菌株挖掘提供了重要的理論依據(jù)，也為助力生物質(zhì)資源高階能源化、推動(dòng)能源產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供了重要參考。

該研究得到國家、省級和學(xué)校相關(guān)科研項(xiàng)目的資助。

原文鏈接：https://doi.org/10.1186/s40168-024-01908-8