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第三章生物质能源研究进展第一节生物质能源简介第二节目前的生物质能源生产技术第三节第二代和第三代生物质能源第四节生物炼制农学系生物技术专业课程《微生物学研究进展》第一节生物质能源简介一、生物质能源的定义二、生物质能源的发展前景三、生物质能源的分类一、生物质能源的定义1、生物质源自动植物的、积累至一定量的有机类资源。不仅包括农作物、木材、海藻等本原型农林水产资源,而且还包括纸浆废物、造纸黑液、酒精发酵残渣等工业有机废弃物,厨房垃圾、纸屑等一般城市垃圾以及污水处理厂剩余污泥等。生物质是植物通过光合作用生成的有机物,它的能量最初来源于太阳能,所以生物质是太阳能的一种。2、生物能:以生物为载体的能量。3、生物质能源由植物的光合作用固定于地球上的太阳能,通过生物链转化为地球生物物质形态,经过加工为社会生活提供原料的能源。二、生物质能源的发展前景国际油价自2002下半年年起脱离了美国和OPEC维持了十余年的10~22美元的低价区间。全球能源政策调整,生物质、太阳、水、风和地热等可再生能源正在逐步替代矿物能源。1、国际研究开发的现状与趋势•世界各国调整能源政策,都把生物质能源摆在重要位置!2002年,美国能源部和农业部联合提出《生物质技术路线图》2020年目标:生物燃油取代全国燃油消费量的10%生物基产品取代石化原料制品的25%减排CO21亿吨•巴西和美国是世界上燃料乙醇发展最快的国家,欧盟在生物柴油领域成绩显著!单位:十亿升2、我国生物质能源的发展意义和现状“缺油少气”是对中国油气资源简要描述!煤炭资源总量丰富,但分布非常不平衡,人均量仍然只有世界平均水平的42.5%。•能源的快速增长造成环境压力日益增大•煤炭开采累计造成40万公顷的土地塌陷,每年污水排放量约30亿立方米。•能源需求增长,能源利润提高,导致破坏性和掠夺性开采,煤炭采出率低于30%,浪费严重。•化石能源特别是煤炭的使用带来大量的二氧化硫和烟尘排放,酸雨面积占国土面积的1/3以上。•机动车尾气污染问题日益严重。•四邻不安:松花江、韩国、日本。《生物产业发展““十一五””规划》——国家发改委2007.4.8•能源植物:充分利用荒草地、盐碱地等,培育木薯、甘薯、甜高粱、菊芋等能源专用作物新品种。以黄连木、麻疯树、油桐、文冠果、光皮树、乌桕等为对象,选育新品种;培育与选育高含油率、高产的油脂植物新品种,建立原料林基地。•燃料乙醇•生物柴油三、生物质能源的分类1、按照原料的化学性质分糖类、淀粉和木质纤维素物质。2、按照原料的来源分农业生产废弃物;农林加工废弃物(木屑、谷壳和果壳);人畜粪便和生活有机垃圾;工业有机废弃物;能源植物。第二节目前的生物质能源生产技术一、燃料乙醇燃料乙醇:乙醇和汽油按一定比例混配形成的替代能源。与汽油掺混:减少燃料费用,增加燃料的辛烷值,并减少了汽油的有害排放。•燃料乙醇生产企业:吉林燃料乙醇河南天冠集团安徽丰原生化黑龙江华润酒精小麦桶仓制粉车间燃料乙醇生产总控中心燃料乙醇成品灌区二、生物柴油1、简介以各种油脂(包括植物油、动物油脂、废餐饮油等)为原料,经一系列加工处理过程而生产出的一种液体燃料。长链脂肪酸的单烷基酯。2、生物柴油制造方法光皮树:野生油料树种,籽实含油高于30%,但食用效果不佳。光皮树油→酯化处理→生物柴油→高尔夫轿车等燃用。三、沼气第三节第二代和第三代生物质能源•第三代生物燃料:木质素乙醇。•第二代生物燃料:麦秆、草和木材等农林废弃物为主要原料,发展纤维素乙醇。利用植物秸杆等废料,不会产生与人争粮的情况;有利于发展循环经济。摆脱利用玉米等粮食作物为原料转化为生物燃料的应用模式!(1)物理法:球磨、压缩球磨、爆破粉碎、冷冻粉碎、声波、电子射线。弊端:效果不明显、处理成本高、条件苛刻。秸秆等原料的处理方法:(2)化学法:酸、碱、有机溶剂。弊端:污染严重、设备要求高、损失大、收率低。(3)理化法(4)生物法(新方法)•木质素降解微生物:白腐真菌为主•木质素降解酶类:Lacs、Lips、MnPs等•木质素降解条件•木质素降解分子生物学(4)生物法(新方法)忘记玉米吧!蘑菇也许才是掌握解决能源危机的那把钥匙诺维信A/S公司实验室种植的一种原产自中国的蘑菇,也许会成为世界能源问题的解决之道。第四节生物炼制生物炼制:利用农业废弃物、植物基淀粉和木质纤维素材料为原料,生产各种化学品、燃料和生物基材料。美国国家再生能源实验室(NREL)的定义:以生物质为原料,将生物质转化工艺和设备相结合,用来生产燃料、电热能和化学产品集成的装置。分析:生物炼制的核心问题和关键技术!从基因工程到合成生物学!•合成生物学发展的技术基础:基因组测序速率过去10年增加了500倍以上,而测序成本下降了3个数量级以上。基因工程、蛋白组、代谢组学的迅猛发展。在过去这些年里,科学家一直在尝试从零开始制造全新的生命形式——用化学物质造出合成DNA,由DNA组成基因,再由基因形成基因组,最终在实验室造出全新生物体的分子系统,而这种生物体在自然界从未出现过。合成生物学的两条路线:•对现有的、天然的生物系统的重新设计;•新的生物零件、组件和系统的设计与建造。合成生物学发展的利弊分析!•合成生物学与生物质能源的生产!用合成生物学方法创造出一些代谢模块,插入微生物后,通过不同的组合,这些模块可以诱导微生物生产原油、柴油、汽油或基于烃的化学品。通过计算,设计制造出的微生物能以所希望的方式生产并分泌出长度及分子结构符合公司要求的烃分子。生产的石油烃将浮到发酵罐上层,因而易于分离提取;而发酵罐下层主要是营养混合物水溶液,因而不需要复杂的培养技术。LS9公司利用合成生物学创造的微生物生产可再生石油的示意图
本文标题:微生物研究进展chapter3 生物质能源研究进展
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