第三章 生物工程的应用 第二节 生物能源

生物能源*石油：储量1500亿吨可用40年*天然气：储量1100亿吨可用50年*煤炭：储量5500亿吨可用200年全球化石能源储量0500100015002000196019802000202020402060Quads（BTU）能源消费能源供给2006年一项目意义我国能源消费与供给趋势05101520251980年1985年1990年1995年2000年2003年2005年（亿吨标准煤）能源消费能源供给我国能源储量及可利用能源资源煤炭：9883石油：46天然气：9铀矿：25可再生能源（亿吨标煤／年）化石能源储量（亿吨标煤）太阳能：13543生物质能：8水能：4.1风能：1.7潮汐能：0.22005年我国能源消费的总量为22亿T标准煤*可再生能源.*清洁能源,环境污染相对较少.*易于储存和运输.*分布广泛.新能源太阳能、生物能源、风能…新能源－可再生能源－生物能源生物氢能生物柴油燃料酒精生物燃气二本中心研究方向太阳能生物质光合生物燃料酒精生物氢光合作用生物光解水发酵制氢发酵产酒精太阳能固定燃料酒精研究与开发概况在汽油中添加25%的无水酒精,不改变发动机和汽化器结构，动力基本上不受影响．酒精＋汽油混合燃料汽车，一氧化碳排放量降低2030％，二氧化碳排放量降低25％左右．巴西发展甘蔗燃料酒精技术，2005年产1200万t燃料酒精．美国以玉米为原料，2005年产1000万t燃料酒精．我国政府已批准建设4个燃料酒精生产基地．吉林燃料乙醇有限责任公司，30万t；河南天冠集团，30万t；黑龙江华润酒精有限公司，30万t；安徽丰原生化股份有限公司，32万t2002年6月30日开始在河南郑州、洛阳、南阳和黑龙江哈尔滨、肇东5个城市进行了为期一年的车用乙醇汽油使用试点．到2005年底，黑龙江、吉林、辽宁、安徽等8个省市全面实行燃料酒精计划.燃料酒精的原料－陈化粮到现在已经基本用光，燃料酒精的生产不再全是用库存陈粮，很大一部分是新粮．燃料酒精生产成本过高，某些企业达5000元/吨，与国际燃料酒精价格相差太大．开发新的燃料酒精原料，减少对粮食安全构成的威胁．采用秸杆、甜高粱、薯干、甘蔗等作为原料．发展新技术，大幅度降低生产成本，增加企业利润．我国燃料酒精生产中的问题出路：开发以纤维素(秸杆、蔗渣）和糖质(蔗汁）等为原料的燃料酒精生产技术．氢是一种可被高效利用的清洁燃料．氢能将成为未来电动汽车的重要燃料．生物制氢是一条可持续大规模获取氢的途径．生物氢能研究开发概况美国：启动氢能发展计划生物质制氢，太阳能制氢欧洲：氢能电动汽车．生物质制氢，太阳能制氢日本：氢能电动汽车光生物制氢中国：氢能电动汽车生物质制氢，化石燃料制氢0.2L液H2/100km氢能开发计划选育了曲霉、青霉等高分解菌株，建立了以稻草秸杆、甘蔗渣等为原料的生物分解系统．纤维素物质的生物降解三研究基础－生物燃料酒精纤维素分解菌株利用不同N源产酶特性024681012141602468Time/dCMCaseactivity/IU00.20.40.60.811.21.4FPAactivity/IUXC9CMCEU7-22CMCXC9FPAEU7-22FPA纤维素分解菌变株产酶特性020406080100120①②③④⑤⑥⑦Relativeactivity%CMCaseFPAPowderMould-branStraw•Enzymolysis1kg秸杆可获0.45kg还原糖，糖化率达45%蔗渣、秸杆生物分解和糖化系统甘蔗秸杆压榨粉碎糖化酒精发酵酒精蒸馏酒精发酵蔗渣菌种蔗汁酒精罐生物质转化制酒精6kg秸杆产1kg酒精14kg甘蔗的汁产1kg酒精生物质(秸杆)暗发酵产氢简单糖类光发酵产氢氢能发电H2+CO2H2+CO2气体收集系统有机酸有机酸糖类H2+CO2气体分离系统CO2H2生物质研究基础－生物氢能0204060801001201401600612243648Time(h)H2-productionactivity(mmolH2/gproth0.05mol/LGlucose0.05mol/LSucrose0.05mol/LMaltose2%Solublestarch0204060801001201401600612243648Time(h)H2-productionactivity(mmolH2/gproth)pH5.0pH6.0pH7.0pH8.00204060801001201400612243648Time(h)H2-productionactivity(mmolH2/gproth25303540450204060801001201401600612243648Time(h)H2-productionactivity(mmolH2/gproth)0%1%2.50%5%7.50%10%Klebsiellaoxytoca高产氢暗发酵菌株选育0.47LH2/L·h高产氢光合细菌菌株改造0102030405060708090H2(mL)WT⊿HYD02040608010081624324048566472时间(h)μmoLH2/h.mg.dwWT⊿HYD60mLH2/L·h生物质暗发酵与光发酵制氢系统生物质有机废水预处理预处理糖化气体洗脱暗发酵制氢分解菌储氢罐产氢菌秸杆粉光发酵制氢H2H2光合菌生物制氢反应器1kg秸杆产生120L氢2004年科技部国家863计划专家组对课题进行验收研究基础－太阳能生物光解水制氢H2H++2e-H2氢酶氢酶结构功能及氢酶突变体Chromatiumvinosum氢酶的分离纯化氢酶结构功能分析氢酶基因克隆Membrane-boundhydrogenaseIhynShynLisp2isp1Membrane-boundhydrogenaseII(H2-uptake)hupShupLSolublehydrogenase(H2-production)hoxFHoxLHoxShoxUhoxETheCO2concentrationmechanismincyanobacterial光合受体系统改造SynechococcusPCC7942TransferinghydrogenasegenesintoSynechococcus7942氢酶在蓝藻光合类囊膜上表达太阳能－生物质－生物能源太阳能燃料酒精生物氢能生物燃气城乡居民生活燃料