近期，西北农林科技大学机电学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。姚义清教授为论文通讯作者，博士生吴恒为论文第一作者。
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西北农林科技大学博士生以第一作者在Microbiome发表重要研究进展
氢能是一种清洁且高效的二次能源，它在连接初级能源与最终用户之间起到了关键作用，并作为绿色低碳的化工原材料被广泛应用。甲烷（CH4），作为天然气的主要组成部分，是一种全球范围内普遍使用的燃料。借助厌氧消化（Anaerobic Digestion, AD）技术来实现从大量农业废弃物中联合生产氢气和甲烷，是在当前追求碳达峰与碳中和目标的大背景下，协同解决环境问题和应对能源挑战的一项重要策略。
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厌氧消化过程中的水解阶段是整个流程的起始点和速率限制步骤，它直接影响到后续的酸化阶段，进而影响氢气和甲烷的产量。本研究通过使用Limosilactobacillus菌株来增强厌氧消化过程中底物的水解效率，从而显著提升了氢气和甲烷的产出量。在厌氧消化的早期阶段，Limosilactobacillus菌株通过氢键相互作用降解难处理的基质，并与糖酵解途径协作产生大量的挥发性脂肪酸（VFAs）。同时，在高度表达的产乙酸酶基因ackA和产氢酶基因hydC的作用下，氢气得以迅速释放，这使得氢营养型的甲烷生成路径成为主要途径。而在厌氧消化的后期，Limosilactobacillus重建了一个以未分类的Bacteroidales细菌为主的群体结构，推动VFAs的产生向琥珀酸和亮氨酸的代谢转变，并在ackA和乙酸激酶的作用下继续产生乙酸，导致甲烷生成路径从氢营养型转为乙酸营养型。通过使用成本低廉且可商购获得的Limosilactobacillus菌株来加强厌氧消化的水解效率，不仅实现了氢气和甲烷的联合生产，突破了传统两步法厌氧消化的技术瓶颈，还克服了中温条件下产能效率低的问题。根据计算结果，该方法具有大规模应用的潜力，并且经济效益明显。本研究验证并阐明了水解效率提升对氢气和甲烷高效联合生产的可行性和机制，为最大化利用厌氧消化技术的产能潜力，提高大量农业废弃物的能源利用率以及改善能源工程的整体效能提供了重要的科学依据，推动了生物质能源产业的发展及其可持续性。https://doi.org/10.1002/advs.202406119
