1. 技术原理与优势

暗-光联合制氢是一种结合暗发酵和光发酵的协同工艺，通过分阶段利用生物质资源生产氢气：

• 暗发酵阶段：厌氧微生物（如产氢梭菌）分解大分子有机物（如秸秆、餐厨垃圾）生成氢气、二氧化碳和有机酸（如乙酸、丁酸）。

• 光发酵阶段：光合细菌（如紫色非硫细菌）利用光能将暗发酵产生的有机酸进一步转化为氢气，同时减少残留副产物的积累，提升整体产氢效率。

核心优势：

• 资源高效利用：通过梯级代谢实现生物质废弃物的全组分转化，产氢量较单一发酵模式提升30%以上。

• 低碳环保：全程利用可再生资源，碳排放显著低于化石燃料制氢，且无额外化学试剂污染。

• 经济性潜力：联产高值化学品（如乙酸）可抵消部分制氢成本，形成“制氢-产酸”循环经济模式。

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2. 关键技术创新与突破

(1) 中试规模系统实现稳定运行

河南农业大学张全国教授团队设计并构建了目前全球最大的农业废弃物暗-光联合制氢中试系统，解决了光热质传递效率低和温敏性生化反应调控难题。该系统连续稳定运行，并通过热力学分析和生命周期评价验证了其商业可行性，为规模化推广提供了重要依据。

(2) 催化剂与反应器优化

• 催化剂创新：北京大学与中科院团队开发铂-铱双金属催化剂，在270℃温和条件下实现乙醇重整制氢联产乙酸，减少碳排放62%，为暗-光联合系统中液相产物的高值化利用提供新思路。

• 光电极寿命提升：中国科大团队研发的氮化镓纳米线光电极将使用寿命从“小时级”延长至“月级”（>800小时），半电池效率达10.36%，显著提升光发酵环节的稳定性。

(3) 生物质预处理技术

通过低共熔溶剂协同酸/碱催化预处理，有效脱除秸秆中的木质素，提升纤维素水解效率，使产氢量提高30%。

3. 应用场景与产业化进展

• 农业废弃物利用：中国每年秸秆产量超8亿吨，通过暗-光联合技术可转化为约1.7亿吨标准煤当量的氢能，助力农村能源转型。

• 城市垃圾处理：佛山某餐厨垃圾制氢项目年处理沼气2400吨，产氢2200吨，减少碳排放100万吨，验证了技术在城市固废资源化中的应用潜力。

• 工业脱碳：氢冶金、绿氨合成等领域逐步引入生物氢，例如宝武湛江基地通过氢替代焦炭，吨钢碳排放降至0.4吨。

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4. 核心挑战

• 规模化瓶颈：中试系统虽稳定运行，但放大至工业规模需解决反应器传质效率、光源均匀性及温度控制问题。

• 经济性不足：当前制氢成本约28.74元/千克，需通过催化剂降本（如非贵金属替代）和工艺优化（如多能耦合）降至20元/千克以下。

• 微生物代谢调控：暗发酵副产物积累可能抑制光发酵效率，需通过基因工程改良菌种或构建多菌群协同体系。

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5. 未来方向与政策支持

• 多技术耦合：结合可再生能源（如光伏）为光发酵供能，或与电解水制氢协同，提升绿氢占比。

• 政策驱动：中国《氢能产业发展中长期规划》明确支持生物制氢，未来需完善碳交易机制和补贴政策，降低商业化门槛。

• 国际合作：全球首个“国际废弃物-氢能转化与利用联盟（C-WtHub）”已成立，推动技术标准化与跨国示范项目落地。

暗-光联合制氢技术通过整合暗发酵与光发酵的代谢优势，展现了资源循环利用与低碳能源生产的双重价值。尽管面临规模化与成本挑战，但通过中试系统验证、催化剂创新及政策支持，其在农业、城市固废处理等场景的应用前景广阔，有望成为实现碳中和目标的重要技术路径。