中國科學院沈陽應用生態研究所的科研團隊在生物制氫領域取得重要突破，開發出一種可同步實現高效產氫與二氧化碳捕獲的新型發酵系統。該研究通過引入天然礦物硅灰石作為雙功能助劑，成功解決了傳統暗發酵工藝中氫氣產率受限和碳排放高的雙重難題。

暗發酵作為極具潛力的碳中和制氫技術，通過無氧條件下分解有機底物產生氫氣。但實際運行中，揮發性脂肪酸的積累會導致體系pH值驟降，進而抑制微生物活性。研究團隊創新性地采用硅灰石（CaSiO?）作為添加劑，其礦物特性在發酵過程中發揮雙重作用：一方面通過溶解消耗質子、釋放鈣離子，將體系pH穩定在6.5-7.0的理想范圍；另一方面促進梭菌屬富集并抑制乳桿菌屬生長，使代謝路徑從乳酸生成轉向乙酸合成，氫氣產率顯著提升。

實驗數據顯示，在10克/升的最優添加量下，發酵延滯期從23.13小時縮短至12.38小時，氫氣產率提升33%至每克葡萄糖210.75毫升。更關鍵的是，硅灰石與二氧化碳反應生成碳酸鈣沉淀，實現了原位固碳。當添加量增至15克/升時，雖然氫氣產率有所下降，但二氧化碳捕獲量達到峰值，每升培養基可固定0.49升二氧化碳。

針對產氫與固碳的矛盾需求，研究團隊設計出兩階段工藝策略：初期采用10克/升添加量實現氫氣最大化生產，后期通過pH調節至7.0誘導碳酸化反應。這種創新模式使最終沼氣中氫氣含量提升至58.2%，同時將二氧化碳轉化為適合長期儲存的方解石相碳酸鈣。固相表征證實，捕獲的二氧化碳以穩定礦物形態存在，有效避免了傳統堿液調節帶來的鹽度積累問題。

該成果發表于《化學工程雜志》，標志著在單一生物反應器內實現綠色制氫與碳捕集的重大技術突破。研究團隊表示，這種負碳生物制氫體系為有機廢棄物資源化利用提供了新范式，尤其適用于食品加工、農業廢棄物處理等高有機負荷場景，具有顯著的環境與經濟效益。