中国科学院沈阳应用生态研究所的科研团队在生物制氢领域取得重要突破，开发出一种可同步实现高效产氢与二氧化碳捕获的新型发酵系统。该研究通过引入天然矿物硅灰石作为双功能助剂，成功解决了传统暗发酵工艺中氢气产率受限和碳排放高的双重难题。
暗发酵作为极具潜力的碳中和制氢技术，通过无氧条件下分解有机底物产生氢气。但实际运行中，挥发性脂肪酸的积累会导致体系pH值骤降，进而抑制微生物活性。研究团队创新性地采用硅灰石（CaSiO₃）作为添加剂，其矿物特性在发酵过程中发挥双重作用：一方面通过溶解消耗质子、释放钙离子，将体系pH稳定在6.5-7.0的理想范围；另一方面促进梭菌属富集并抑制乳杆菌属生长，使代谢路径从乳酸生成转向乙酸合成，氢气产率显著提升。
实验数据显示，在10克/升的最优添加量下，发酵延滞期从23.13小时缩短至12.38小时，氢气产率提升33%至每克葡萄糖210.75毫升。更关键的是，硅灰石与二氧化碳反应生成碳酸钙沉淀，实现了原位固碳。当添加量增至15克/升时，虽然氢气产率有所下降，但二氧化碳捕获量达到峰值，每升培养基可固定0.49升二氧化碳。
针对产氢与固碳的矛盾需求，研究团队设计出两阶段工艺策略：初期采用10克/升添加量实现氢气最大化生产，后期通过pH调节至7.0诱导碳酸化反应。这种创新模式使最终沼气中氢气含量提升至58.2%，同时将二氧化碳转化为适合长期储存的方解石相碳酸钙。固相表征证实，捕获的二氧化碳以稳定矿物形态存在，有效避免了传统碱液调节带来的盐度积累问题。
该成果发表于《化学工程杂志》，标志着在单一生物反应器内实现绿色制氢与碳捕集的重大技术突破。研究团队表示，这种负碳生物制氢体系为有机废弃物资源化利用提供了新范式，尤其适用于食品加工、农业废弃物处理等高有机负荷场景，具有显著的环境与经济效益。
