近期，我院姚义清教授农业生物环境与能源工程学科团队在生物质高值能源化领域取得重要研究进展。研究成果以Limosilactobacillus Regulating Microbial Communities to Overcome the Hydrolysis Bottleneck with Efficient One-Step Co-Production of H2 and CH4为题发表在Advanced Science。
氢能是清洁高效的二次能源，是连接一次能源与终端能源消费的关键载体和绿色低碳的化工原料。甲烷（CH4）是天然气的重要成分，是世界广泛使用的燃料。通过厌氧发酵（Anaerobic Digestion, AD）技术实现大宗农业剩余物的H2和CH4联产，是“双碳目标”大背景下协同解决环境污染和应对能源危机的重要战略举措。
水解是AD的初始和限速阶段，直接决定后续的产酸性能，从而影响H2和CH4的产率。本研究以Limosilactobacillus强化厌氧功能微生物的水解效率，显著提高了H2和CH4产率。AD前期，Limosilactobacillus通过氢键作用降解限制性底物，与糖酵解途径协同产生大量VFA；同时，在显著富集的产乙酸基因ackA和产H2基因hydC调控下氢气快速释放，从而驱动氢营养型甲烷途径占据主导作用。而在AD中后期，Limosilactobacillus重建了以unclassified_Bacteroidales为主的细菌群落，驱动产VFA途径演替为琥珀酸和亮氨酸代谢，并在ackA和乙酸激酶调控下持续产生乙酸，促使产CH4途径由氢营养型转变为乙酸营养型。
利用低成本、商业化的Limosilactobacillus强化AD的水解效率成功克服了两大技术问题：实现了H2和CH4联产，突破常规两阶段AD的局限性，以及突破中温产能效率低的限制，经测算，规模化应用潜力大，经济效益显著。本研究证实并解析了水解强化驱动一步式H2和CH4高效联产的可行性及机制，为充分挖掘AD技术的产能潜力，提高大宗农业剩余物的能源化利用水平及能源工程的提质增效，助力生物质能源产业化及其可持续发展提供了重要依据。
本研究得到国家、省级和学校相关科研项目的资助。
原文链接：https://doi.org/10.1002/advs.202406119
