微生物生物能源發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢

1、L/O/G/O微生物生物能源微生物生物能源發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢 謝晨庚謝晨庚 盧蘊(yùn)達(dá)盧蘊(yùn)達(dá) 蘇慶東蘇慶東 趙玉盛趙玉盛 生物質(zhì)是指由植物、動物或微生物生命體所合成得到的物質(zhì)的總稱。 以生物質(zhì)替代化石資源發(fā)展化學(xué)工業(yè)是人類可持續(xù)發(fā)展的必經(jīng)之路.生物生物能源能源生物生物產(chǎn)氫產(chǎn)氫生物生物柴油柴油生物生物乙醇乙醇1、生物乙醇、生物乙醇 起源：巴西 美國1、生物乙醇、生物乙醇 生產(chǎn)流程及原理：玉米、小麥、薯類、木薯等多糖類植物 催化酶淀粉轉(zhuǎn)化為單糖 發(fā)酵罐 酵母水+乙醇蒸餾副產(chǎn)物：水+二氧化碳乙醇（可直接燃燒或與汽油混合使用）1、生物乙醇、生物乙醇 發(fā)展趨勢及存在問題 現(xiàn)階段生物乙醇的原料主要為

2、所在國的特產(chǎn)作物，目前世界生物乙醇生產(chǎn)量最高的國家為美國，依靠聯(lián)邦政府年56.8億美元的補(bǔ)貼，生物乙醇已占美國年能源消耗的2%左右，而巴西等國也使用木薯等高淀粉植物生產(chǎn)生物乙醇。 現(xiàn)階段的主要問題為：玉米乙醇的生產(chǎn)需要消耗大量玉米，這給各國的糧食安全造成了重大的威脅，且乙醇的熱值為汽油的2/3，全部的玉米投入乙醇的生產(chǎn)也不能滿足基本能源需求；蒸餾過程中也需要耗費(fèi)大量能源，并不是環(huán)境友好型的生物能源。1、生物乙醇、生物乙醇 發(fā)展前景： 生物乙醇未來將著眼于纖維素乙醇的開發(fā)，篩選可纖維素轉(zhuǎn)化為糖的高效酶，并且改善生產(chǎn)工藝，將生產(chǎn)所需的能源需求降到最低。2、生物柴油、生物柴油 起源： 生物柴油是以大

3、豆、油菜等油料作物，油棕和黃連木等油料林木果實、工程微藻等油料水生植物以及動物油脂、非餐飲油等為原料，通過分解酯化而得到的長鏈脂肪酸，是一種可以替代普通柴油使用的環(huán)保、可再生能源。2、生物柴油、生物柴油 生物柴油與石化柴油相比有以下優(yōu)點(diǎn):十六烷值較高, 大于49( 石化柴油為45 ), 抗爆性能優(yōu)于石化柴油;含氧量高于石化柴油,可達(dá)11% , 在燃燒過程中所需的氧氣量較石化柴油少, 燃燒、點(diǎn)火性能優(yōu)于石化柴油;不含芳香族烴類成分而不具致癌性, 并不含硫、鉛、鹵素等有害物質(zhì);無須改動柴油機(jī), 可直接添加使用;生物柴油的閃點(diǎn)較石化柴油高, 有利于安全運(yùn)輸、儲存;不含石蠟, 低溫流動性好, 適用區(qū)域

4、廣。2、生物柴油、生物柴油工程微藻生產(chǎn)：利用工程微藻生產(chǎn)柴油, 其優(yōu)越性在于:微藻生產(chǎn)能力高, 用海水作為天然培養(yǎng)基可節(jié)約農(nóng)業(yè)資源;比陸生植物單產(chǎn)油脂高出幾十倍;生產(chǎn)的生物柴油不含硫, 燃燒時不排放有毒有害氣體, 排人環(huán)境中也可被微生物降解, 不污染環(huán)境。通過選取產(chǎn)油量較高的藻種，使之最大限度的再光照條件下培養(yǎng)，隨著藻類的生長，其會在細(xì)胞壁內(nèi)儲存油脂，使用各種方法收集藻類細(xì)胞后，使用化學(xué)溶劑將細(xì)胞溶解，殺死藻類并釋放出油脂。2、生物柴油、生物柴油 生物酶法分解廢餐飲油脂：將餐飲企業(yè)費(fèi)餐飲用油、泔水等，集中到一起，使用以嗜熱絲抱菌、米黑毛酶、南極假絲酵母的固定化脂肪酶及其微生物細(xì)胞為催化劑, 用

5、3 4 級酶反應(yīng)連續(xù)轉(zhuǎn)酶生產(chǎn)所需的生物柴油。2、生物柴油、生物柴油 發(fā)展趨勢及存在問題：我國生物柴油起步較晚，現(xiàn)存在問題較多：原料供應(yīng)體系并未建立，原料的收集較成問題；分銷渠道并不完全；生物柴油獲得人民支持較少，未有廣泛的人民群眾基礎(chǔ)。微生物生物柴油成本過高，且高產(chǎn)油微藻和菌株較難篩選。 發(fā)展前景： 生物柴油有改善生態(tài)環(huán)境、緩解能源消費(fèi)壓力、含氧量高、降低空氣毒性和致癌率以及生物降解性高等諸多優(yōu)點(diǎn), 在我國, 發(fā)展生物柴油具有良好的前景。使用微生物法生產(chǎn)，具有耗能較少，綠色環(huán)保等特點(diǎn)具有廣闊的發(fā)展前景。3、生物產(chǎn)氫、生物產(chǎn)氫 起源： 隨著環(huán)保要求的日益嚴(yán)格和化石能源的日益短缺, 氫能作為清潔高

6、效的可再生能源受到人們的普遍重視。汽車尾氣是當(dāng)今世界尤其是工業(yè)化國家最主要的污染源。約31% 的溫室氣體CO2 來自于汽車。氫燃燒時僅產(chǎn)生水, 而不排放CO2, 它是一種比化石燃料更令人滿意的環(huán)保型能源。3、生物產(chǎn)氫、生物產(chǎn)氫 目前全世界5.2 億車輛中有93%使用汽油、柴油等化石燃料, 由于化石燃料已經(jīng)短缺, 有人估計最多只能再使用200年。而氫氣是可再生的,隨著產(chǎn)氫技術(shù)的不斷發(fā)展, 氫將成為取之不盡用之不竭的燃料。3、生物產(chǎn)氫、生物產(chǎn)氫厭氧光營厭氧光營養(yǎng)細(xì)菌養(yǎng)細(xì)菌綠硫細(xì)菌綠硫細(xì)菌綠色非硫綠色非硫細(xì)菌細(xì)菌紅色紅色非非硫硫細(xì)菌細(xì)菌紅色硫紅色硫細(xì)細(xì)菌菌螺旋菌螺旋菌Rhodobacter cap

7、sulataRhodobacter sp haeroides產(chǎn)氫細(xì)菌：3、生物產(chǎn)氫、生物產(chǎn)氫 外源性有機(jī)物通過EMP、TCA 循環(huán)生成ATP、質(zhì)子、CO2 以及像琥珀酸一類的電子供體. 電子供體將電子傳遞給胞內(nèi)的電子傳遞鏈, 低能態(tài)的電子在光反應(yīng)中心受到光的激發(fā)生成高能態(tài)的電子. 高能態(tài)的電子一部分離開電子傳遞鏈被傳給鐵氧還蛋白, 鐵氧還蛋白則又將電子傳給固氮酶. 另一部分的電子則在電子傳遞鏈內(nèi)傳遞, 并生成ATP. 固氮酶則利用ATP、質(zhì)子和電子生產(chǎn)氫氣. 氫酶則主要起吸氫作用, 以回收部分能量.3、生物產(chǎn)氫、生物產(chǎn)氫 產(chǎn)氫藻類：綠藻可逆綠藻可逆產(chǎn)氫酶光產(chǎn)氫酶光水解產(chǎn)氫水解產(chǎn)氫直接光水直接光

8、水解產(chǎn)氫解產(chǎn)氫一步法間一步法間接光水解接光水解產(chǎn)氫產(chǎn)氫可逆產(chǎn)氫酶對氧氣極為敏感, 當(dāng)氣相環(huán)境中氧氣濃度接近1. 5% 時, 可逆產(chǎn)氫酶迅速失活, 產(chǎn)氫反應(yīng)立即停止, 所以直接光水解產(chǎn)氫過程難以持續(xù)進(jìn)行, 很難發(fā)展成為大規(guī)模制氫技術(shù)。3、生物產(chǎn)氫、生物產(chǎn)氫 一步法間接光水解制氫可以實現(xiàn)O2和H2 的產(chǎn)生在時間和空間上的分離。綠藻在不含硫培養(yǎng)基中, 光合作用放氫能力逐漸降低到小于呼吸作用的耗氧能力, 使藻液保持厭氧狀態(tài), 產(chǎn)氫酶表達(dá)水平提高, 放氫時間延長, 氫產(chǎn)量隨之提高。 間接光水解產(chǎn)氫的工藝路線, 主要是Gr eenbaw n 提出的一步法間接光水解產(chǎn)氫工藝。將藻細(xì)胞懸浮在無硫培養(yǎng)基中, 厭

9、氧條件下3h 誘導(dǎo)可逆產(chǎn)氫酶的表達(dá), 然后光照下綠藻細(xì)胞為了維持自身生命活動, 消耗體內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì), 產(chǎn)生的電子通過電子傳遞鏈到可逆產(chǎn)氫酶還原質(zhì)子產(chǎn)氫, 得到的氣體含有H2 , O2 , CO2 , 該方法不能使氫氣、氧氣的產(chǎn)生完全分離。3、生物產(chǎn)氫、生物產(chǎn)氫 發(fā)展趨勢及存在問題： 雖然利用微藻可逆產(chǎn)氫酶光水解制氫的研究已有所突破, 但距離真正大規(guī)模應(yīng)用還為時尚早。將大規(guī)模制氫技術(shù)的開發(fā)完全寄托于藻類(微藻) 的代謝模式上, 是否過于樂觀?微藻產(chǎn)氫相關(guān)基因HydA 表達(dá)量很小, 只有無氧環(huán)境條件的誘導(dǎo)才會大量表達(dá)；且相關(guān)研究并未深入進(jìn)展；對高產(chǎn)氫微藻的選育以及用基因工程的方法對其進(jìn)行改造仍是研究的難點(diǎn)。3、生物產(chǎn)氫、生物產(chǎn)氫 發(fā)展前景： 微藻光生物水解制氫技術(shù)有可能成為未來世界新一代支撐能源, 同時, 利用微藻可逆產(chǎn)氫酶生產(chǎn)可持續(xù)的氫燃料, 還將帶動微藻氫代謝, 微藻生物化工等相關(guān)技術(shù)的發(fā)展。總結(jié)總結(jié) 由于