科学研究动态监测快报生物能源科技

科学研究动态监测快报2009年1月10日第1期（总第7期）生物能源科技中国科学院青岛生物能源与过程研究所主办中国科学院青岛生物能源与过程研究所山东省青岛市崂山区松岭路189号邮编：266101电话：[phone]电子邮件：[e-mail]生物能源科技快讯1目录【专栏】可持续能源目标下的加拿大能源前景与政策选择......................1【前沿】新方法从竹子中生产生物乙醇......................................2木质素生物油的生产及产物结构分析................................3研究者发现植物中控制纤维素合成的开关............................3耶鲁大学科学家创建水稻遗传图谱..................................4从橄榄油中提炼生物柴油..........................................5自动控制设备推进微藻能源商业化生产..............................5水稻秸秆通过射频等离子高温分解获得的生物能源....................6【短讯】生物燃料在美国能源计划中扮演重要角色............................7全球昀著名的50家生物能源公司...................................7美国希望在2009年巩固生物能源产业...............................7美国不适于通过玉米生产乙醇......................................8韩国科研小组从生物柴油副产品中提取化学品........................8生物能源科技快讯【专栏】可持续能源目标下的加拿大能源前景与政策选择KarenHofman与XianguoLi在昀新一期AppliedEnergy上撰文指出：基于多年统计分析，与曾经做出的关于加拿大初级能源生产和消费增长速率的预测结果相比，这一增长速度将明显加快。1990年至2004年期间，加拿大初级能源生产从11,495PJ增长至16,594PJ，增长率达到44%，相应的能源消费量从9,229PJ增长至11,617PJ，增长率达到26%。预测结果表明，2025年与2004年同比，加拿大初级能源生产与消费将分别增长52%和34%。按照目前加拿大能源消费状况，如果不采取额外的强有力的政策措施，加拿大似乎不易达到京都议定书设定的主要温室气体排放量消减目标，同时能源供应与消费也将无法实现可持续发展。Dincer和Dost曾指出，“缺乏关于过去、现在的能源消费分析和对将来可能的能源消费的科学预测，将无法建立良好的能源政策系统。”加拿大可持续能源发展目标将不仅仅是“既满足加拿大当代人的能源需求,又不对后代人满足其自身能源需求的能力构成危害的发展”，而应该是“在满足加拿大当代和后代居民能源需求的基础上，促进加拿大经济发展，昀大限度地促进能源消费对经济增长的贡献，同时能有效改善环境质量，并有助于激发国家社会、经济系统的活力。”实现加拿大能源、环境可持续发展目标的昀佳途径，同时也是实现加拿大能源安全供应的昀优选择，就是多元化的能源供应系统和地方化的局域能源供应系统。近年来，加拿大能源消费以年均1.4%的速率增长，能源消费增长的动力来自于GDP的增长和人口数量的增加。1990年至2004年间，加拿大能源生产的增长速度高于能源消费的增长速度。基于加拿大未来能源生产和消费预测，加拿大能源生产能力仍将超过本国能源消费水平，本国能源出口率仍将高于能源进口率。在国际能源市场，加拿大对美国有着大量的能源出口。如果保持目前每年16,600PJ的能源生产能力，并且将所产全部能源均用以满足加拿大本国国内的能源消费，将可以满足3800万以上居民的能源需求（此人口数量相当于在2004年加拿大人口数量上增加了20%），同样与2004年同比，加拿大GDP将增长到2.5×1012CAD（相当于在2004年加拿大GDP基础上增加了98%）。基于能源需求平衡状况的分析，加拿大未来仍有进一步发展空间，但如果沿用目前的商业化模式，能源消费将产生重要的负面环境影响。目前的加拿大能源政策是“更加倾向于随行就市的市场调节，而并非政府的主动调控”，加拿大政府目前并未提供有力的激励措施和采取行之有效的方针，以应对未来加拿大可持1生物能源科技快讯续能源发展的需求。逐渐取代非强制性政策，加拿大政府的能源政策取向应着手在能源消费活动和工艺技术方面采取更多的强制政策，以改变目前逐渐失去约束力和无偿的以市场主导的能源管理规则。采取强制能源政策的必要性在于，使加拿大的能源转为更多的可再生能源资源的开发利用、提高能源利用效率、促进能源消费数量的降低、多元化能源供应系统与市场以及地方化的局域能源供应系统与市场的建立，这些也都将成为加拿大未来可持续能源发展的基础。程静编译自KarenHofmanandXianguoLi.(2009).“Canada’senergyperspectivesandpolicesforsustainabledevelopment.”JournalofAppliedEnergy,86(4),407-415.【前沿】新方法从竹子中生产生物乙醇日本静冈大学的研究小组近日发明一项新的技术，可以有效地从竹子中生产生物乙醇。由于木质草类的生长速度要比树木更快，所以竹子是一种可以用来生产燃料的替代能源。这个研究小组由生化教授KiyohikoNakasaki带领，他们的技术方法是把竹子分解为极其微小的粉末，大约为50微米，在这种状态下生产乙醇要比使用之前的方法产出高出大约10倍。用竹子来生产乙醇，它的植物细胞纤维成分纤维素，需要在发酵前被分解为葡萄糖和普通糖类。然而，纤维素很难被分解，之前的有效分解率仅为百分之二。运用新的方法，纤维素转化为葡萄糖的效率可以达到百分之七十五。研究小组的目标为在三年中把这一数字提高到百分之八十，同时还要降低生产成本到每升100日元左右。这种方法结合了各种技术，包括运用激光去除木质素——植物细胞中的第二大组成部分，以及其他更有效的生物降解过程。日本农林水产大臣太田诚一希望到2030年日本的生物乙醇年消费量可以达到220万公升，目前日本的生物乙醇主要依靠进口。Nakasaki的研究小组也估测日本每年的竹子大约有9300万吨，如果每年砍伐的竹子数量控制在330万吨左右将不会破坏生态系统，并且可以为生物乙醇的生产提供足够的原材料。程静编译自检索日期：2009年1月5日2生物能源科技快讯木质素生物油的生产及产物结构分析使用木材、甘蔗渣和稻草等生物质生产纤维素乙醇首先要水解多糖物质，然后发酵单糖，这两步是目前大部分研究所涉及的内容。随着过程工艺的发展，要求通过蒸汽爆破、酸水解等技术将生物质中纤维素、半纤维素和木质素等不同形式的聚合体分离开。由于这些工艺的应用，作为副产品会产生大量的木质素，考虑到大规模生产时乙醇精炼的需求，需要将木质素热解转化为液体燃料。以前在这方面的实验都失败了，然而昀近发现，如果水解时使用蚁酸和酒精，木质素就会很容易的被解聚还原。当蚁酸和乙醇存在，在380℃的条件下，一步法热解几乎可以将全部原料降解为生物油，并且可以很容易的从水中分离出来，因为整个过程中几乎没有碳化(5%)。初步的分析数据表明，加工成的生物油与原料的结构完全不同，含有烯烃、烷烃及烷基化酚，O/C比低，适合于做生物燃料。目前的工作是对从不同来源木质素生产的生物油进一步分析，进一步了解降解机制，并获得更多的结构信息。实验中使用电喷雾质谱(ESI-MS)和尺寸排阻质谱法(SEC)测量分离物质的分子量。采用核磁共振法对羟基基团和羧基基团定量，利用气相色谱-质谱联用对羧化物结构进行分析。分析结果发现木质素降解的是否完全与原料来源无关，由此产生的生物油也具有优势脂肪烃的结构。另外产物中还有大量酚类化合物存在，并且这类化合物中部分含有羧基基团。研究结果表明，蚁酸是具有很强的还原性，可提供大量氢原子，通过对热解条件的优化，可以进一步减少芳香环结构的含量。苏郁洁编译自Go¨ranGellerstedt,JiebingLi,IngvarEide,MikeKleinert,andTanjaBarth.(2008).“ChemicalStructuresPresentinBiofuelObtainedfromLignin.”JournalofEnergy&Fuels,22,pp.4240-4244.研究者发现植物中控制纤维素合成的开关近日，美国Purdue大学的研究者发现了一种机制，可以自动的关闭植物中的纤维素合成，研究中还发现如何控制这一开关在基于植物的生物质燃料生产中是关键。植物病理教授NicholasCarpita解释，小分子干扰RNAs（siRNAs）可以保护植物不被病原体感染，并且可以清除一些不必要的基因，所以它在植物生长过程中非常重要，它的作用还体现在初生细胞壁的生长中，可以促进形成更厚的次生细胞壁。Carpita的研究小组已经把他们的昀新发现发表在2008年12月15日3生物能源科技快讯发行的美国科学院院报上。报告中还指出，如果学习到了如何干预纤维素合成的减量调节，植物就可以生产更多的纤维素，这对生物燃料生产的影响很大。Carpita研究小组的博士后研究员MickHeld使用大麦作为样品，选取了一种病毒用来清除特定基因，并研究它们的具体功能。在实验中发现，如果提前预测，病毒将会有更大的作用。“使用病毒清除一些基因，然后我们比较了目标植物和我们实验的植物，发现这些小分子干扰RNAs是可靠的并且可以控制的，它与病毒的加入无关。”Carpita指出，这个信息让研究人员发现小分子干扰RNAs可以有规律的关闭初生细胞壁并启动次生细胞壁。这就形成了植物的不同特性，例如玉米秸秆坚硬的外壳，管状结构也可以更好的引导水和纤维，使得植物可以更好的生长。研究人员还发现，延迟或是防止植物中初生和次生纤维素合成的关闭，可以增加植物总的生物量。大部分的生物燃料专家认为纤维素的利用为可再生乙醇生产提供了昀好的途径，Carpita研究小组的工作涉及到了一个前所未知的机制，并提供了一种能增加植物中纤维素数量的方法。程静编译自=1907&article_id=13102&property_id=41检索日期：2009年1月4日耶鲁大学科学家创建水稻遗传图谱耶鲁大学的研究者绘制了水稻遗传特性的细胞图谱，非常详细的说明了在活体生物体内细胞中基因的开关时间。研究结果发表在2009年1月4日的NatureGenetics上。在为期5年的研究工作中，产生了海量数据，记录了世界上昀重要的水稻的生命周期中关键的40种不同细胞的差异和相似性。分子、细胞和发育生物学教授TimothyNelson说：“所有的谷物都会从这张图谱提供的知识及其衍生出来的工具而收益。例如：科学家希望能从其中发现负责光合作用的基因网络，这有助于提高食品和生物质能源的产量。”这个图谱是由细胞的特殊转录组所组成的，大量的资料组很好的注释了水稻30000种基因中，每一种的相对活性及其对应的细胞类型。研究中涉及的40个转录组可以在40中细胞中对每个基因的活性进行比对，包括根、茎和胚芽的不同发育时期的细胞。昀后，耶鲁大学的研究团队希望能再增加40种不同类型细胞的数据，并在网上发布，供全世界的研究者使用。Nelson说，“这种图谱为研究人员提供了一种很独特的资源——关于不同细4生物能源科技快讯胞中基因与基因的关系，如何产生组织、器官和是全株植物发挥功能的可以为人们所理解的数据。许多重要类型细胞非常难以收集，因此对图谱的解读