氢化酶体
氢化酶是自然界厌氧微生物体内存在的一种金属酶，它能够催化氢气的氧化或者质子的还原这一可逆化学反应（图1）。根据氢化酶活性中心所含金属的不同，可以分为镍铁氢化酶，铁铁（唯铁Iron-only）氢化酶等。其中目前受到广泛关注的是唯铁氢化酶，因为它主要催化质子的还原生成氢气这一反应，众所周知，氢气是一种清洁、高效无污染的可再生能源，在从微生物体内提取的氢化酶的晶体结构（图2）被报道以后，合成化学家们希望通过模拟唯铁氢化酶的结构来人工地实现它的功能，从而为氢能的产生找到一种更加经济环保的新途径。
炼金术是寻求长生的灵丹妙方，是人类受到一切诱惑中的最大诱惑。有史以来，人类就曾希望自己长生，并且做过种种的尝试。在所有的尝试中，炼金术士的幻想和技艺是被应用得最普遍的。为什么称氢为炼金术士呢当今世界开发新能源迫在眉睫，原因是目前所用的能源如石油、天然气、煤，均属不可再生资源，地球上存量有限，而人类生存又时刻离不开能源，所以必须寻找新的能源。
氢能是一种二次能源，它是通过一定的方法制用其他能源制取的，而不像煤、石油和天然气等可以直接从地下开采、几乎完全依靠化石燃料。随着化石燃料耗量的日益增加，其储量日益减少，终有一天会枯竭。这就迫切需要寻找一种不依赖化石燃料的储量丰富的新的含能体能源。莫非氢就是这样一种在常规能源危机和开发新的二次能源的同时出现，人们期待的新的二次能源时至今日，氢能的利用已有长足进步。自从1965年美国开始研制液氢发动机以来，相继研制成功了各种类型的喷气式和火箭式发动机。美国的航天飞机已成功使用液态氢作燃料。我国长征2号、3号也使用液氢作燃料。利用液态氢代替柴油，用于铁路机车或一般汽车的研制也十分活跃。氢汽车靠氢燃料、氢燃料电池运行也是沟通电力系统和氢能体系的重要手段。
目前，世界各国正在研究如何大量而廉价地生产氢。利用太阳能来分解水是一个主要研究方向。在光的作用下将水分解成氢气和氧气，关键在于找到一种合适的催化剂。如今世界上有50多个实验室在进行研究，至今尚未有重大突破，但它孕育着广阔的前景。
发展氢能源，将向建立一个美好、无污染的新世界迈出重要一步。
在众多的新能源中，氢能将会成为21世纪最理想的能源。这是因为，在燃烧相同重量的煤、汽油和氢气的情况下，氢气产生的能量最多，而且它燃烧的产物是水，没有灰渣和废气，不会污染环境；而煤和石油燃烧生成的是二氧化碳和二氧化硫，可分别产生温室效应和酸雨。煤和石油的储量是有限的，而氢主要存于水中，燃烧后唯一的产物也是水，可源源不断地产生氢气，永远不会用完。
氢是一种无色的气体。燃烧1克氢能释放出142千焦耳的热量，是汽油发热量的3倍。氢的重量特别轻，它比汽油、天然气、煤油都轻多了，因而携带、运送方便，是航天、航空等高速飞行交通工具最合适的燃料。氢在氧气里能够燃烧，氢气火焰的温度可高达2500℃，因而人们常用氢气切割或者焊接钢铁材料。
在大自然中，氢的分布很广泛。水就是氢的大“仓库”，其中含有11%的氢。泥土里约有1.5%的氢；石油、煤炭、天然气、动植物体内等都含有氢。氢的主体是以化合物水的形式存在的，而地球表面约70%为水所覆盖，储水量很大，因此可以说，氢是“取之不尽、用之不竭”的能源。如果能用合适的方法从水中制取氢，那么氢将是一种价格相当便宜的能源。
氢的用途很广，适用性强。它不仅能用作燃料，而且金属氢化物具有化学能、热能和机械能相互转换的功能。例如，储氢金属具有吸氢放热和吸热放氢的本领，可将热量储存起来，作为房间内取暖和空调使用。
氢作为气体燃料，首先被应用在汽车上。1976年5月，美国研制出一种以氢作燃料的汽车；后来，日本也研制成功一种以液态氢为燃料的汽车；70年代末期，前联邦德国的奔驰汽车公司已对氢气进行了试验，他们仅用了5千克氢，就使汽车行驶了110千米。
用氢作为汽车燃料，不仅干净，在低温下容易发动，而且对发动机的腐蚀作用小，可延长发动机的使用寿命。由于氢气与空气能够均匀混合，完全可省去一般汽车上所用的汽化器，从而可简化现有汽车的构造。更令人感兴趣的是，只要在汽油中加入4%的氢气，用它作为汽车发动机燃料，就可节油40%，而且无需对汽油发动机做多大的改进。
氢气在一定压力和温度下很容易变成液体，因而将它用于铁罐车、公路拖车或者轮船运输都很方便。液态氢既可用作汽车、飞机的燃料，也可用作火箭、导弹的燃料。美国飞往月球的“阿波罗”号宇宙飞船和我国发射人造卫星的“长征”运载火箭，都是用液态氢作燃料的。
另外，一使用氢燃料电池还可以把氢能直接转化成电能，使氢能的利用更为方便。目前，这种燃料电池已在宇宙飞船和潜水艇上得到使用，效果不错。当然，由于成本较高，一时还难以普遍使用。
现在世界上氢的年产量约为3600万吨，其中绝大部分是从石油、煤炭和天然气中制取的，这就得消耗本来就很紧缺的矿物燃料；另有4%的氢是用电解水的方法制取的，但消耗的电能太多，很不划算。因此，人们正在积极探索研究制氢的新方法。
随着太阳能研究和利用的发展，人们已开始利用阳光分解水来制取氢气。在水中放入催化剂，在阳光照射下，催化剂便能激发光化学反应，把水分解成氢和氧。例如，二氧化钛和某些含钌的化合物，就是较适用的光水解催化剂。人们预计，一旦当更有效的催化剂问世时，水中取“火”——制氢就成为可能，到那时，人们只要在汽车、飞机等油箱中装满水，再加入光水解催化剂，那么，在阳光照射下，水便能不断地分解出氢，成为发动机的能源。
世纪70年代，人们用半导体材料钛酸锶作光电极，金属铂作暗电极，将它们连在一起，然后放入水里，通过阳光的照射，就在铂电极上释放出氢气，而在钛酸锶电极上释放出氧气，这就是我们通常所说的光电解水制取氢气法。
科学家们还发现，一些微生物也能在阳光作用下制取氢。人们利用在光合作用下可以释放氢的微生物，通过氢化酶诱发电子，把水里的氢离子结合起来，生成氢气。苏联的科学家们已在湖沼里发现了这样的微生物，他们把这种微生物放在适合它生存的特殊器皿里，然后将微生物产生出来的氢气收集在氢气瓶里。这种微生物含有大量的蛋白质，除了能放出氢气外，还可以用于制药和生产维生素，以及用它作牧畜和家禽的饲料。现在，人们正在设法培养能高效产氢的这类微生物，以适应开发利用新能源的需要。
引人注意的是，许多原始的低等生物在新陈代谢的过程中也可放出氢气。例如，许多细菌可在一定条件下放出氢。日本已找到一种叫做“红鞭毛杆菌”的细菌，就是个制氢的能手。在玻璃器皿内，以淀粉作原料，掺入一些其他营养素制成的培养液，就可培养出这种细菌，这时，在玻璃器皿内便会产生出氢气。这种细菌制氢的效能颇高，每消耗5毫升的淀粉营养液，就可产生出25毫升的氢气。
美国宇航部门准备把一种光合细菌——红螺菌带到太空中去，用它放出的氢气作为能源供航天器使用。这种细菌的生长与繁殖很快，而且培养方法简单易行，既可在农副产品废水废渣中培养，也可以在乳制品加工厂的垃圾中培育。
对于制取氢气，有人提出了一个大胆的设想：将来建造一些为电解水制取氢气的专用核电站。譬如，建造一些人工海岛，把核电站建在这些海岛上，电解用水和冷却用水均取自海水。由于海岛远离居民区，所以既安全，又经济。制取的氢和氧，用铺设在水下的通气管道输入陆地，以便供人们随时使用。
氢燃料电池技术，一直被认为是利用氢能，解决未来人类能源危机的终极方案。上海一直是中国氢燃料电池研发和应用的重要基地，包括上汽、上海神力、同济大学等企业和高校，也一直在从事研发氢燃料电池和氢能车辆。随着中国经济的快速发展，汽车工业已经成为中国的支柱产业之一。2007年中国已成为世界第三大汽车生产国和第二大汽车市场。与此同时，汽车燃油消耗也达到8000万吨，约占中国石油总需求量的1/4。在能源供应日益紧张的今天，发展新能源汽车已迫在眉睫，用氢能作为汽车的燃料无疑是最佳选择。
虽然燃料电池发动机的关键技术基本已被突破，但是还需要更进一步对燃料电池产业化技术进行改进、提升，使产业化技术成熟。这个阶段需要政府加大研发力度的投入，以保证中国在燃料电池发动机关键技术方面的水平和领先优势。这包括对掌握燃料电池关键技术的企业在资金、融资能力等方面予以支持。除此之外，国家还应加快对燃料电池关键原材料、零部件国产化、批量化生产的支持，不断整合燃料电池各方面优势，带动燃料电池产业链的延伸。同时政府还应给予相关的示范应用配套设施，并且对燃料电池相关产业链予以培育等，以加快燃料电池车示范运营相关的法规、标准的制定和加氢站等配套设施的建设，推动燃料电池汽车的载客示范运营。有政府的大力支持，氢能汽车一定能成为朝阳产业。
“选择南开是因为喜欢热爱化学学科，当时南开的化学在全国是首屈一指的”，谈到自己的选择，宋礼成平静地说。
1979年，作为中美建交第一批国家选派出国学习的人员，宋礼成感到非常幸运，能够得到这个难得的机会，宋礼成坦言：“是自己刻苦努力的结果。当时自己学习很刻苦，就比如学英语，条件比现在差远了，语言环境更差，只能通过听英语广播，我经常都是听完广播再去吃饭。”当时全国统一考试，南开也就考上了几个，因此能获得这个来之不易的机会是非常难得的。
“当时的留学生跟现在的留学生想法差很多，刚迎来改革开放，出国留学觉得很新鲜，那时对‘党、国家的委托’感觉更加强烈，觉得自己责任重大，国家出钱培养了你，一定要做出些东西，一方面为国家争光，另一方面回国也对各方都有个交代。因此当时在国外压力和动力都很大。”宋礼成回忆，当时各种困难都很多，自己只一心学习，已经没有多余心思去顾虑其他了，只通信跟家里保持联系，从不会因为这些问题影响学习生活。当时的他，一心一意刻苦钻研，肩上那份责任感鞭策着他：一定要学有所成，回国有所交代，绝对不能浪费国家的心血、辜负国家的期望。
宋礼成认为自己是去了美国才真正开始科研工作的。因为当时国内的科研水平还很低，科研设备和技术都跟不上国际先进水平。在改革开放前，一些科研手段只能从文献上看到，当时还不太会搞科研，实验比较盲目。“比如一些书上写实验条件要在无氧无水的条件下进行，如何做到‘无氧无水’，是否真的做到了无氧无水，其实我根本不太清楚，在当时国内都没有实践机会，实验科学是非常需要亲身实践的，因此，出国学习得到更多运用世界先进实验手段的机会，真正的投入到科研工作中”，他解释道。
谈起在美国访问学习的经历，宋礼成很有感触。“在美国最好的一些大学里，学生是非常刻苦的，要比我们的学生刻苦多了。他们是真正把自己学习的专业当成事业来做的。”他提到，自己看到的国外好学校的学生都是全心投入到自己的专业学习中，投入非常多的时间和精力，“那些学生每天很早到实验室，做实验到很晚才离开。而且他们基础很好，做论文时的实验数据都会自己分析得很好，不用老师再去一点一点地教。”这是学生是出于热爱而选择的专业，因此他们明白自己的前途所在，所以会更加主动、自觉地努力学习。“很少出现国内很多老师给学生做思想工作，每天督促学生刻苦学习的情况。”
国外的学习和科研生活让宋礼成学到了很多在国内学不到的东西，“使我基础知识更加扎实，学习更先进的技术和领先科技，这也是改革开放输出人才的目的之一吧。” 今年是宋礼成在南开第51年了，风雨兼程半个世纪，钻研化学也已是半个世纪，这期间，宋礼成在各种国际著名刊物上发表的学术论文近300篇，被大量引用，并被称为“一位优质高产”的科研者。对于这一评价，宋礼成说：“搞科研能力最重要，还需要持之以恒，几十年的专注和全身心的投入，少顾虑其他事，有困难自己努力克服，专注做科研就是了。”对于得奖和获得各种荣誉称号，这位研究者颇感欣慰：“自己的付出得到了认可，让国家的投入用得其所。”此外，他还强调搞科研一定要做自己的专长，发挥最大的优势，“搞不好的项目，再好，给再多的钱也不去迎合。”
宋礼成表示，“现在的科研条件比以前好了很多，但在科研上也存在着‘贫富不均’的情况，希望年轻的科研工作者要克服这些困难，自己觉得研究本身有意义，就要坚持做下去。”他认为面对研究经费、仪器缺乏等种种问题时，“只知道抱怨，就不要做研究了。”
2007年11月，宋礼成被评为中国科学院院士，他感到很高兴，也觉得自己肩上的担子更重了。作为院士他有更多的机会组织、参加国内外重要学术会议，有责任为提高南开的化学学科威望和地位尽自己的最大努力。“老师被评为院士以后，对我们要求更严格了，也更改关心了。他常常教育我们要有责任感，做任何事，都要尽你最大努力。”他的学生告诉记者。
“对我来说，我还会带领我的团队继续努力。虽然70岁了，但感觉自己还没老，脑子还不迟钝，做科研真正条件好起来也就这几年，我能多做一些就多做一些。”当选为院士，宋礼成教授虽然开心，但却非常平静。从他那平和而亲切的脸上，记者看到了宠辱不惊、镇定从容的大家气度，也看到了“允公允能”的南开精神。
以前，在导师指导下做出成果的就已经是人才；而现在更需要独立研究人才、复合型人才。深厚的基础、创新思想也是必不可少的。作为老师就要懂得讲课，努力培养学生，“学生有出息才是老师的成绩，‘培养人才，为国增光’不是一句空话。所以老师不能光自己做研究。”
时代在前进，科学技术也在飞速发展进步，面对这一情况，宋礼成提出“无论是治学，还是教学都要与时俱进，从实际出发，还要多参与国际学术交流，我们要结合国情，同时有创新性的进行科学研究。”宋礼成强调要做对人类发展有实际意义的研究，“比如我们现在对氢化酶的仿生研究，就是针对当前世界环境污染和非可再生能源问题所做的努力。”
宋礼成教授课程从基础开始，教学生如何查阅文献、搜集信息，重视基础的训练。在宋礼成看来，一个优秀的老师首先要热爱教育事业，其次不能单纯进行科学研究，不能只培养研究生，要从本科教育抓起，真正备课、讲课。
对于现在的学生，宋礼成说：“现在的年轻人对现代知识，比如电脑、英语方面，比过去学生敏感很多，整体水平也较高。但基础知识就弱了……”说到此摇头叹道，“这也与现在科研机会多了，一些老师忽略基础课训练有关。” “如果，要让我向一个人介绍宋老师，我肯定会首先想到老师在科研上的成就”，刘旭峰和高巍不约而同地说道。提到老师，他们脸上都充满了自豪与骄傲。
今年已经是06级博士生高巍跟随宋老师做科研的第三年了。2003年，在南开大学本科毕业的高巍到中国科学院攻读硕士学位；2006年，她又回到南开，追随宋老师的脚步，在科研的道路上不断的前进。高巍向记者坦言：“在我眼里，宋老师是真正做科研的人，他身上有这种品质。如果要说宋老师对我的影响，我想，是宋老师坚定了我做科研的信心。”
在教育学生上，宋老师特别注意培养学生刻苦学习的习惯，不仅要动手更要动脑。“作为研究生，意味着国家要培养你成为科学研究方向的人才，要有一种责任感，努力学习。”他认为现在很多吃不得苦的学生就是因为缺乏这样的责任心。在学生们眼里，老师是一个特别严谨、特别真诚的人。在生活中，他又是一个原则性很强的人；对待科研工作，老师更是一丝不苟，每一组数据、每一幅谱图，字字句句，老师都要不断修改完善。宋老师对数据要求十分严格，不允许出现丝毫差错，要学生反复计算验证。这种态度也使得最后的论文质量都比较高。
“特别让我们佩服的是，老师虽然年纪大了，可是他记忆力特别好，每个学生的课题进展到那个程度他都记得清清楚楚。老师对我们很严格，但决不苛刻，非常和蔼。只要有空，老师就会到实验室指导我们做实验，任何一个做得不对的地方老师都会指出，希望我们在批评中不断提高、不断进步”，刘旭峰告诉记者。此外，老师还会亲自邀请国外的学生专家来学校作报告进行交流，老师也会尽自己所能帮助学生。
与其说老师是一位要求严格的严师，倒不如说老师是一位长辈。他把学生当成自己的孩子一样对待——学习上要求严格，生活中却非常关心。比如中秋节，老师会带上十几盒月饼热情的招待学生，与学生共度佳节。很难想象，老师这么大年纪，是怎样骑着他那辆自行车，带上这么多月饼的。我们吃月饼的时候，老师只是面带微笑看着我们，眼里流露出关心和慈祥，情景十分温馨。“跟随宋老师这两年，我心情一直非常愉快”，说到这些的时候，高巍微笑着。高巍还告诉记者，今年暑假，自己因为严重的鼻炎做了手术，老师对此念念不忘，非常关心，“常常问候我，嘱咐我多休息。” 宋先生说：“我是1937年生人，确实70岁了，不过，我觉得自己还不老，还年轻，还有很多事情要做，也可以做。”宋先生认为自己“年轻”在心态上。从1962年在南开大学毕业，他从没离开过学校，并且一直都在带学生，他送走的博士生、硕士生已有60多个，现在还带着20多个学生。宋先生说：“现在的孩子都很了不得，要做他们的老师，就要永远保持敏捷的思维、健康的身体、快乐的心情、创新的思想。我觉得自己还行。”
宋礼成1957年考入南开大学化学系，毕业后留在南开大学任教。1979年，宋礼成通过全国统一考试，赴麻省理工学院深造。1990年成为国务院批准的博士生导师。但对于自己取得的各种成果，宋先生很少提及。
宋先生是一个生活很有规律的人，他很少“开夜车”，每天晚上10点多就休息。虽然承担了多项国家重要科研项目，但他从不要求自己的学生不分昼夜地“泡”在实验室，随时可以休息。宋先生说：“我要的是高效率的工作，不一定时间长就有成绩，累了病了还在坚持，反而有坏处，所以，做事就专心去做，全身心投入，不做无用功。” 现在，宋先生有20多个研究生。学生们觉得在老师身上学到最多的还是治学的严谨和一种做科研的职责，他对每一项工作都会反复核实、校正，不允许一点偷懒的行为，而且，在学生们遇到困难的时候，他总是会说：“没有不行的事，只有不行的人。”
宋先生认为：“要成功，有三个重要的能力，一是知识，二是技术，三是智力，智力中包括创新的意识，要在实践中去提高这几个方面的能力。”宋先生很肯定现在的年轻人，觉得他们有头脑，有见识，有创新思维，而且，我国科学研究的环境越来越好，中国的年轻人中一定能产生世界级的大科学家。
2生物制氮技术研究进展
2.1传统制氢工艺方法
传统制氢工艺方法有：电解水；烃类水蒸汽重整制氢方法及重油(或渣油)部分氧化重整制氢方法。电解水方法制氢是目前应用较广且比较成熟方法之一。水为原料制氢工程是氢与氧燃烧生成水逆过程，提供一定形式一定能量，则可使水分解成氢气和氧气。提供电能使水分解制氢气效率一般75%-85%。其中工艺过程简单，无污染，但消耗电量大，其应用受到一定限制。目前电解水工艺、设备均不断改进，但电解水制氢能耗仍然很高。烃类水蒸汽重整制氢反应是强吸热反应，反应时需外部供热。热效率较低，反应温度较高，反应过程中水大量过量，能耗较高，造成资源浪费。重油氧化制氢重整方法，反应温度较高，制氢纯度低，利于能源综合利用。
2.2新型生物制氢工艺发展
氢气用途日益广泛，其需求量也迅速增加。传统制氢方法均需消耗大量不可再生能源，不适应社会发展需求。生物制氢技术作为一种符合可持续发展战略课题，已世界上引起了广泛重视。如德国、以色列、日本、葡萄牙、俄罗斯、瑞典、英国、美国都投入了大量人力物力对该项技术进行研究开发。近几年，美国每年生物制氢技术研究费用平均为几百万美元，而日本这研究领域每年投资则是美国5倍左右，，日本和美国等一些国家为此还成立了专门机构，并建立了生物制氢发展规划，以期对生物制氢技术基础和应用研究，使21世纪中叶使该技术实现商业化生产。日本，由能源部主持氢行动计划，确立最终目标是建立一个世界范围能源网络，以实现对可再生能源--氢有效生产，运输和利用。该计划从1993年到2020年横跨了28年。
生物制氢课题最先由Lewis于1966年提出，20世纪70年代能源危机引起了人们对生物制氢广泛关注，并开始进行研究。生物质资源丰富，是重要可再生能源。生物质可气化和微生物催化脱氢方法制氢。生理代谢过程中产生分子氢，可分为两个主要类群：
l、包括藻类和光合细菌内光合生物；Rhodbacter8604，R.monas2613，R.capsulatusZ1，R.sphaeroides等光合生物研究已经开展并取了一定成果。
2、诸如兼性厌氧和专性厌氧发酵产氢细菌。目前以葡萄糖，污水，纤维素为底物并不断改进操作条件和工艺流程研究较多。中国此方面研究也取了一些进展，任南形琪等1990年就开始开展生物制氢技术研究，并于1994年提出了以厌氧活性污泥为氢气原料有机废水发酵法制氢技术，利用碳水化合物为原料发酵法生物制氢技术。该技术突破了生物制氢技术必须采用纯菌种和固定技术局限，开创了利用非固定化菌种生产氢气新途径，并首次实现了中试规模连续流长期生产持续产氢。此基础上，他们又先后发现了产氢能力很高乙醇发酵类型发明了连续流生物制氢技术反应器，初步建立了生物产氢发酵理论，提出了最佳工程控制对策。该项技术和理论成果中试研究中到了充分验证：中试产氢能力达5.7m3H2/m3.d，制氢规模可达500-1000m3/m3，且生产成本明显低于目前广泛采用水电解法制氢成本。
生物制氢过程可以分为5类：
(1)利用藻类青蓝菌生物光解水法；
(2)有机化合物光合细菌(PSB)光分解法；
(3)有机化合物发酵制氢；
(4)光合细菌和发酵细菌耦合法制氢；
(5)酶催化法制氢。
目前发酵细菌产氢速率较高，对条件要求较低，具有直接应用前景。但PSB光合产氢速率比藻类快，能量利用率比发酵细菌高，且能将产氢与光能利用、有机物去除有机耦合一起，相关研究也最多，也是最具有潜应用前景方法之一。生物制氢全过程中，氢气纯化与储存也是一个很关键问题。生物法制氢气含量通常为60%-90%(体积分数)，气体中可能混有CO2、O2和水蒸气等。可以采用传统化工方法来，如50%(质量分数)KOH溶液、苯三酚碱溶液和干燥器或冷却器。氢气几种储存方法(压缩、液化、金属氢化物和吸附)中，纳米材料吸附储氢是目前被认为最有前景。
2.3目前研究中存问题纵观生物技术研究各阶段，比较而言，对藻类及光合细菌研究要远多于对发酵产氢细菌研究。传统观点认为，微生物体内产氢系统(主氢化酶)很不稳定，进行细胞固定化才可能实现持续产氢。，迄今为止，生物制氢研究中大多采用纯菌种固定化技术。
，该技术中也有不可忽视不足。首先，细菌包埋技术是一种很复杂工艺，且要求有与之相适应菌种生产及菌体固定化材料加工工艺，这使制氢成本大幅度增加；第二，细胞固定化形成颗粒内部传质阻力较大，使细胞代谢产物颗粒内部积累而对生物产生反馈抑制和阻遏作用，使生物产氢能力降低；第三，包埋剂或其它基质使用，势必会占据大量有效空间，使生物反应器生物持有量受到限制，限制了产氢率和总产量提高。现有研究大多为实验室内进行小型试验，采用批式培养方法居多，利用连续流培养产氢报道较少。试验数据亦为短期试验结果，连续稳定运行期超过40天研究实例少见报道。即便是瞬时产氢率较高，长期连续运行能否获较高产氢量尚待探讨。，生物技术欲达到工业化生产水平尚需多年努力。
3、展望氢是高效、洁净、可再生二次能源，其用途越来越广泛，氢能应用将势不可当进人社会生活各个领域。氢能应用日益广泛，氢需求量日益增加，开发新制氢工艺势必行，从氢能应用长远规划来看开发生物制氢技术是历史发展必然趋势。
开发中国生物制氢技术需要做到以下政策和软件支持：
(1)励大宣传。人是生物能源生产主体和消费主体，有必要舆论宣传加强人们对生物能源认识；
(2)加大政府投资和扶持。新生物能源初始商业化阶段要进行减免税等优惠政策；
(3)借鉴国外经验。充分调动方和工业界积极性八
(4)加强高校对生物能源教育及研究。人们对生物能源认识不断加深，政府扶持力度加大和研究深人，生物制氢绿色能源生产技术将会展现出它更大开发潜力和应用价值。
本文出自：广州灵龙电子技术有限公司,制氢、氢燃料电池(www.liongon.com)
当今世界开发新能源迫在眉睫，原因是目前所用的能源如石油、天然气、煤，均属不可再生资源，地球上存量有限，而人类生存又时刻离不开能源，所以必须寻找新的能源。
氢能是一种二次能源，它是通过一定的方法利用其它能源制取的，而不像煤、石油和天然气等可以直接从地下开采、几乎完全依靠化石燃料。随着石化燃料耗量的日益增加，其储量日益减少，终有一天这些资源将要枯竭，这就迫切需要寻找一种不依赖化石燃料的储量丰富的新的含能体能源。氢正是这样一种在常规能源危机的出现和开发新的二次能源的同时，人们期待的新的二次能源。 氢位于元素周期表之首，原子序数为1，常温常压下为气态，超低温高压下为液态。作为一种理想的新的合能体能源，它具有以下特点：
l、重量最轻的元素。标准状态下，密度为 0.8999g/l，－252.7℃时，可成为液体，若将压力增大到数百个大气压，液氢可变为金属氢。
2、导热性最好的气体，比大多数气体的导热系数高出10倍。
3、自然界存在最普遍的元素。据估计它构成了宇宙质量的 75％，除空气中含有氢气外，它主要以化合物的形态贮存于水中，而水是地球上最广泛的物质。据推算，如把海水中的氢全部提取出来，它所产生的总热量比地球上所有化石燃料放出的热量还大9000倍。
4、除核燃料外氢的发热值是所有化石燃料、化工燃料和生物燃料中最高的，为142,351kJ/kg，是汽油发热值的3倍。
5、燃烧性能好，点燃快，与空气混合时有广泛的可燃范围，而且燃点高，燃烧速度快。
6、无毒，与其他燃料相比氢燃烧时最清洁滁生成水和少量氮化氢外不会产生诸如一氧化碳、二氧化碳、碳氢化合物、铅化物和粉尘颗粒等对环境有害的污染物质，少量的氮化氢经过适当处理也不会污染环境，且燃烧生成的水还可继续制氢，反复循环使用。产物水无腐蚀性，对设备无损。
7、利用形式多。既可以通过燃烧产生热能，在热力发动机中产生机械功，又可以作为能源材料用于燃料电池，或转换成固态氢用作结构材料。
8、可以以气态、液态或固态的金属氢化物出现，能适应贮运及各种应用环境的不同要求。
9、可以取消远距离高压输电，代以远近距离管道输氢，安全性相对提高，能源无效损耗减小。
10、氢取消了内燃机噪声源和能源污染隐患，利用率高。
11、氢可以减轻燃料自重，可以增加运载工具有效载荷，这样可以降低运输成本从全程效益考虑社会总效益优于其他能源。
时至今日，氢能的利用已有长足进步。自从1965年美国开始研制液氢发动机以来，相继研制成功了各种类型的喷气式和火箭式发动机。美国的航天飞机已成功使用液氢做燃料。我国长征2号、3号也使用液氢做燃料。利用液氢代替柴油，用于铁路机车或一般汽车的研制也十分活跃。氢汽车靠氢燃料、氢燃料电池运行也是沟通电力系统和氢能体系的重要手段。
目前，世界各国正在研究如何能大量而廉价的生产氢。利用太阳能来分解水是一个主要研究方向，在光的作用下将水分解成氢气和氧气，关键在于找到一种合适的催化剂。如今世界上有50多个实验室在进行研究，至今尚未有重大突破，但它蕴育着广阔的前景。
发展氢能源，将为建立一个美好、无污染的新世界迈出重要一步。
在众多的新能源中，氢能将会成为21世纪最理想的能源。这是因为，在燃烧相同重量的煤、汽油和氢气的情况下，氢气产生的能量最多，而且它燃烧的产物是水，没有灰渣和废气，不会污染环境；而煤和石油燃烧生成的是二氧化碳和二氧化硫，可分别产生温室效应和酸雨。煤和石油的储量是有限的，而氢主要存于水中，燃烧后唯一的产物也是水，可源源不断地产生氢气，永远不会用完。
氢是一种无色的气体。燃烧一克氢能释放出142千焦尔的热量，是汽油发热量的3倍。氢的重量特别轻，它比汽油、天然气、煤油都轻多了，因而携带、运送方便，是航天、航空等高速飞行交通工具最合适的燃料。氢在氧气里能够燃烧，氢气火焰的温度可高达2500℃，因而人们常用氢气切割或者焊接钢铁材料。
在大自然中，氢的分布很广泛。水就是氢的大“仓库”，其中含有11％的氢。泥土里约有1.5％的氢；石油、煤炭、天然气、动植物体内等都含有氢。氢的主体是以化合物水的形式存在的，而地球表面约70％为水所覆盖，储水量很大，因此可以说，氢是“取之不尽、用之不竭”的能源。如果能用合适的方法从水中制取氢，那么氢也将是一种价格相当便宜的能源。
氢的用途很广，适用性强。它不仅能用作燃料，而且金属氢化物具有化学能、热能和机械能相互转换的功能。例如，储氢金属具有吸氢放热和吸热放氢的本领，可将热量储存起来，作为房间内取暖和空调使用。
氢作为气体燃料，首先被应用在汽车上。1976年5月，美国研制出一种以氢作燃料的汽车；后来，日本也研制成功一种以液态氢为燃料的汽车；70年代末期，前联邦德国的奔驰汽车公司已对氢气进行了试验，他们仅用了五千克氢，就使汽车行驶了110公里。
用氢作为汽车燃料，不仅干净，在低温下容易发动，而且对发动机的腐蚀作用小，可延长发动机的使用寿命。由于氢气与空气能够均匀混合，完全可省去一般汽车上所用的汽化器，从而可简化现有汽车的构造。更令人感兴趣的是，只要在汽油中加入4％的氢气。用它作为汽车发动机燃料，就可节油40％，而且无需对汽油发动机作多大的改进。
氢气在一定压力和温度下很容易变成液体，因而将它用铁罐车、公路拖车或者轮船运输都很方便。液态的氢既可用作汽车、飞机的燃料，也可用作火箭、导弹的燃料。美国飞往月球的“阿波罗”号宇宙飞船和我国发射人造卫星的长征运载火箭，都是用液态氢作燃料的。
另外，使用氢—氢燃料电池还可以把氢能直接转化成电能，使氢能的利用更为方便。目前，这种燃料电池已在宇宙飞船和潜水艇上得到使用，效果不错。当然，由于成本较高，一时还难以普遍使用。
现在世界上氢的年产量约为3600万吨，其中绝大部分是从石油、煤炭和天然气中制取的，这就得消耗本来就很紧缺的矿物燃料；另有4％的氢是用电解水的方法制取的，但消耗的电能太多，很不划算，因此，人们正在积极探索研究制氢新方法。
随着太阳能研究和利用的发展，人们已开始利用阳光分解水来制取氢气。在水中放入催化剂，在阳光照射下，催化剂便能激发光化学反应，把水分解成氢和氧。例如，二氧化钛和某些含钌的化合物，就是较适用的光水解催化剂。人们预计，一旦当更有效的催化剂问世时，水中取“火”——制氢就成为可能，到那时，人们只要在汽车、飞机等油箱中装满水，再加入光水解催化剂，那么，在阳光照射下，水便能不断地分解出氢，成为发动机的能源。
本世纪70年代，人们用半导体材料钛酸锶作光电极，金属铂作暗电极，将它们连在一起，然后放入水里，通过阳光的照射，就在铂电极上释放出氢气，而在钛酸锶电极上释放出氧气，这就是我们通常所说的光电解水制取氢气法。
科学家们还发现，一些微生物也能在阳光作用下制取氢。人们利用在光合作用下可以释放氢的微生物，通过氢化酶诱发电子，把水里的氢离子结合起来，生成氢气。前苏联的科学家们已在湖沼里发现了这样的微生物，他们把这种微生物放在适合它生存的特殊器皿里，然后将微生物产生出来的氢气收集在氢气瓶里。这种微生物含有大量的蛋白质，除了能放出氢气外，还可以用于制药和生产维生素，以及用它作牧畜和家禽的饲料。现在，人们正在设法培养能高效产氢的这类微生物，以适应开发利用新能源的需要。
引人注意的是，许多原始的低等生物在新陈代谢的过程中也可放出氢气。例如，许多细菌可在一定条件下放出氢。日本已找到一种叫做“红鞭毛杆菌”的细菌，就是个制氢的能手。在玻璃器皿内，以淀粉作原料，掺入一些其他营养素制成的培养液就可培养出这种细菌，这时，在玻璃器皿内便会产生出氢气。这种细菌制氢的效能颇高，每消耗五毫升的淀粉营养液，就可产生出25毫升的氢气。
美国宇航部门准备把一种光合细菌——红螺菌带到太空中去，用它放出的氢气作为能源供航天器使用。这种细菌的生长与繁殖很快，而且培养方法简单易行，既可在农副产品废水废渣中培养，也可以在乳制品加工厂的垃圾中培育。
对于制取氢气，有人提出了一个大胆的设想：将来建造一些为电解水制取氢气的专用核电站。譬如，建造一些人工海岛，把核电站建在这些海岛上，电解用水和冷却用水均取自海水。由于海岛远离居民区，所以既安全，又经济。制取的氢和氧，用铺设在水下的通气管道输入陆地，以便供人们随时使用。
氢能是一种二次能源，它是通过一定的方法利用其它能源制取的，而不像煤、石油、天然气可以直接开采，今下几乎完全依靠化石燃料制取得到，如果能回收利用工程废氢，每年大约可以回收到大约1亿立方米，这个数字相当可观。
基本介绍中文名 ：氢能源 外文名 ：Hydrogen energy 类别 ：二次能源 环保 ：环保型能源特点,开发利用,行业发展, 特点 氢能是公认的清洁能源，作为低碳和零碳能源正在脱颖而出。21世纪，我国和美国、日本、加拿大、欧盟等都制定了氢能发展规划，并且目前我国已在氢能领域取得了多方面的进展，在不久的将来有望成为氢能技术和套用领先的国家之一，也被国际公认为最有可能率先实现氢燃料电池和氢能汽车产业化的国家。 氢能源汽车 当今世界开发新能源迫在眉睫，原因是所用的能源如石油、天然气、煤，石油气均属不可再生资源，地球上存量有限，而人类生存又时刻离不开能源，所以必须寻找新的能源。随着化石燃料耗量的日益增加，其储量日益减少，终有一天这些资源、能源将要枯竭，这就迫切需要寻找一种不依赖化石燃料的储量丰富的新的含能体能源。氢正是这样一种在常规能源危机的出现和开发新的二次能源的同时，人们期待的新的二次能源。 氢位于元素周期表之首，原子序数为1，常温常压下为气态，超低温高压下为液态。作为一种理想的新的合能体能源，它具有以下特点： 重量最轻：标准状态下，密度为 0.0899g/l，－252.7℃时，可成为液体，若将压力增大到数百个大气压，液氢可变为金属氢。 导热性最好：比大多数气体的导热系数高出10倍。 普遍元色：据估计它构成了宇宙质量的 75%，它主要以化合物的形态贮存于水中，而水是地球上最广泛的物质。据推算，如把海水中的氢全部提取出来，它所产生的总热量比地球上所有化石燃料放出的热量还大9000倍。 回收利用：利用氢能源的汽车排出的废物只是水，所以可以再次分解氢，再次回收利用。 理想的发热值：除核燃料外氢的发热值是所有化石燃料、化工燃料和生物燃料中最高的，为142,351kJ/kg，是汽油发热值的3倍。 燃烧性能好 :点燃快，与空气混合时有广泛的可燃范围，而且燃点高，燃烧速度快 无毒：与其他燃料相比氢燃烧时最清洁，除生成水和少量氮化氢外不会产生诸如一氧化碳、二氧化碳、碳氢化合物、铅化物和粉尘颗粒等对环境有害的污染物质，少量的氮化氢经过适当处理也不会污染环境，且燃烧生成的水还可继续制氢，反复循环使用。产物水无腐蚀性，对设备无损。 氢能源系统 利用形式多：既可以通过燃烧产生热能，在热力发动机中产生机械功，又可以作为能源材料用于燃料电池，或转换成固态氢用作结构材料。 多种形态：以气态、液态或固态的金属氢化物出现，能适应贮运及各种套用环境的不同要求。 耗损少：可以取消远距离高压输电，代以远近距离管道输氢，安全性相对提高，能源无效损耗减小 利用率高：氢取消了内燃机噪声源和能源污染隐患，利用率高。 运输方便：氢可以减轻燃料自重，可以增加运载工具有效载荷，这样可以降低运输成本从全程效益考虑社会总效益优于其他能源。 减少温室效应：氢取代化石燃料能最大限度地减弱温室效应 开发利用 时至今日，氢能的利用已有长足进步。自从1965年美国开始研制液氢发动机以来，相继研制成功了各种类型的喷气式和火箭式发动机。美国的太空梭已成功使用液氢做燃料。我国长征2号、3号也使用液氢做燃料。利用液氢代替柴油，用于铁路机车或一般汽车的研制也十分活跃。氢汽车靠氢燃料、氢燃料电池运行也是沟通电力系统和氢能体系的重要手段。 氢能源动力脚踏车 世界各国正在研究如何能大量而廉价的生产氢 。 利用 太阳能 来分解水是一个主要研究方向，在光的作用下将水分解成氢气和氧气，关键在于找到一种合适的 催化剂 。如今世界上有50多个实验室在进行研究，但至今尚未有重大突破，但它蕴育著广阔的前景。 随着太阳能研究和利用的发展，人们已开始利用阳光分解水来制取氢气。在水中放入催化剂，在阳光照射下，催化剂便能激发光化学反应，把水分解成氢和氧 。例如， 二氧化钛和某些含钌的化合物，就是较适用的光水解催化剂。人们预计，一旦当更有效的催化剂问世时，水中取“火”——制氢就成为可能，到那时，人们只要在汽车、飞机等油箱中装满水，再加入光水解催化剂，那么，在阳光照射下，水便能不断地分解出氢，成为发动机的能源。 本世纪70年代， 人们用半导体材料钛酸锶作光电极，金属铂作暗电极，将它们连在一起，然后放入水里，通过阳光的照射，就在铂电极上释放出氢气，而在钛酸锶电极上释放出氧气，这就是我们通常所说的光电解水制取 氢气法 。科 学家们还发现，一些微生物也能在阳光作用下制取氢。 人们利用在光合作用下可以释放氢的微生物，通过氢化酶诱发电子，把水里的氢离子结合起来，生成氢气。前苏联的科学家们已在湖沼里发现了这样的微生物，他们把这种微生物放在适合它生存的特殊器皿里，然后将微生物产生出来的氢气收集在氢气瓶里。这种微生物含有大量的蛋白质，除了能放出氢气外，还可以用于制药和生产维生素，以及用它作牧畜和家禽的饲料。人们正在设法培养能高效产氢的这类微生物，以适应开发利用新能源的需要。 氢能源与化石能源成本变化曲线 引人注意的是，许多原始的低等生物在新陈代谢的过程中也可放出氢气。例如，许多细菌可在一定条件下放出氢。日本已找到一种叫做“ 红鞭毛杆菌”的细菌 ，就是个制氢的能手。在玻璃器皿内，以淀粉作原料，掺入一些其他营养素制成的培养液就可培养出这种细菌，这时，在玻璃器皿内便会产生出氢气。这种细菌制氢的效能颇高，每消耗五毫升的淀粉营养液，就可产生出25毫升的氢气。 美国宇航部门准备把一种 光合细菌——红螺菌 带到太空中去，用它放出的氢气作为能源供太空飞行器使用。这种细菌的生长与繁殖很快，而且培养方法简单易行，既可在农副产品废水废渣中培养，也可以在乳制品加工厂的垃圾中培育。 对于制取氢气，有人提出了一个大胆的构想：将来建造一些为电解水制取氢气的专用核电站。譬如，建造一些人工海岛，把核电站建在这些海岛上，电解用水和冷却用水均取自海水。由于海岛远离居民区，所以既安全，又经济。制取的氢和氧，用铺设在水下的通气管道输入陆地，以便供人们随时使用。 采用氢燃料电池的德国海军212A型潜艇 氢燃料动力飞机 行业发展 氢能源被视为21世纪最具发展潜力的清洁能源，人类对氢能源套用自200年前就产生了兴趣，到20世纪70年代以来，世界上许多国家和地区就广泛开展了氢能源研究。 氢燃料电池技术，一直被认为是利用氢能，解决未来人类能源危机的终极方案。上海一直是中国氢燃料电池研发和套用的重要基地，包括上汽、上海神力、同济大学等企业、高校，也一直在从事研发氢燃料电池和氢能车辆。随着中国经济的快速发展，汽车工业已经成为中国的支柱产业之一。2007年中国已成为世界第三大汽车生产国和第二大汽车市场。与此同时，汽车燃油消耗也达到8000万吨，约占中国石油总需求量的1/4。在能源供应日益紧张的今天，发展新能源汽车已迫在眉睫。用氢能作为汽车的燃料无疑是最佳选择。 氢能源 虽然燃料电池发动机的关键技术基本已经被突破，但是还需要更进一步对燃料电池产业化技术进行改进、提升，使产业化技术成熟。这个阶段需要 *** 加大研发力度的投入，以保证中国在燃料电池发动机关键技术方面的水平和领先优势。这包括对掌握燃料电池关键技术的企业在资金、融资能力等方面予以支持。除此之外，国家还应加快对燃料电池关键原材料、零部件国产化、批量化生产的支持，不断整合燃料电池各方面优势，带动燃料电池产业链的延伸。同时 *** 还应给予相关的示范套用配套设施，并且支持对燃料电池相关产业链予以培育等，以加快燃料电池车示范运营相关的法规、标准的制定和加氢站等配套设施的建设，推动燃料电池汽车的载客示范运营。有 *** 的大力支持，氢能汽车一定能成为朝阳产业。
