中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)應(yīng)用生態(tài)研究所的科研團(tuán)隊(duì)在生物制氫領(lǐng)域取得重要突破，開發(fā)出一種可同步實(shí)現(xiàn)高效產(chǎn)氫與二氧化碳捕獲的新型發(fā)酵系統(tǒng)。該研究通過(guò)引入天然礦物硅灰石作為雙功能助劑，成功解決了傳統(tǒng)暗發(fā)酵工藝中氫氣產(chǎn)率受限和碳排放高的雙重難題。

暗發(fā)酵作為極具潛力的碳中和制氫技術(shù)，通過(guò)無(wú)氧條件下分解有機(jī)底物產(chǎn)生氫氣。但實(shí)際運(yùn)行中，揮發(fā)性脂肪酸的積累會(huì)導(dǎo)致體系pH值驟降，進(jìn)而抑制微生物活性。研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地采用硅灰石（CaSiO?）作為添加劑，其礦物特性在發(fā)酵過(guò)程中發(fā)揮雙重作用：一方面通過(guò)溶解消耗質(zhì)子、釋放鈣離子，將體系pH穩(wěn)定在6.5-7.0的理想范圍；另一方面促進(jìn)梭菌屬富集并抑制乳桿菌屬生長(zhǎng)，使代謝路徑從乳酸生成轉(zhuǎn)向乙酸合成，氫氣產(chǎn)率顯著提升。

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，在10克/升的最優(yōu)添加量下，發(fā)酵延滯期從23.13小時(shí)縮短至12.38小時(shí)，氫氣產(chǎn)率提升33%至每克葡萄糖210.75毫升。更關(guān)鍵的是，硅灰石與二氧化碳反應(yīng)生成碳酸鈣沉淀，實(shí)現(xiàn)了原位固碳。當(dāng)添加量增至15克/升時(shí)，雖然氫氣產(chǎn)率有所下降，但二氧化碳捕獲量達(dá)到峰值，每升培養(yǎng)基可固定0.49升二氧化碳。

針對(duì)產(chǎn)氫與固碳的矛盾需求，研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)出兩階段工藝策略：初期采用10克/升添加量實(shí)現(xiàn)氫氣最大化生產(chǎn)，后期通過(guò)pH調(diào)節(jié)至7.0誘導(dǎo)碳酸化反應(yīng)。這種創(chuàng)新模式使最終沼氣中氫氣含量提升至58.2%，同時(shí)將二氧化碳轉(zhuǎn)化為適合長(zhǎng)期儲(chǔ)存的方解石相碳酸鈣。固相表征證實(shí)，捕獲的二氧化碳以穩(wěn)定礦物形態(tài)存在，有效避免了傳統(tǒng)堿液調(diào)節(jié)帶來(lái)的鹽度積累問(wèn)題。

該成果發(fā)表于《化學(xué)工程雜志》，標(biāo)志著在單一生物反應(yīng)器內(nèi)實(shí)現(xiàn)綠色制氫與碳捕集的重大技術(shù)突破。研究團(tuán)隊(duì)表示，這種負(fù)碳生物制氫體系為有機(jī)廢棄物資源化利用提供了新范式，尤其適用于食品加工、農(nóng)業(yè)廢棄物處理等高有機(jī)負(fù)荷場(chǎng)景，具有顯著的環(huán)境與經(jīng)濟(jì)效益。