現(xiàn)代生物技術(shù)與能源

現(xiàn)代生物技術(shù)與能源煤炭石油不可再生能源天然氣太陽(yáng)能風(fēng)能水電能可再生能源生物能海洋能地?zé)崮苌锛夹g(shù)與能源微生物與石油開(kāi)采未來(lái)石油得替代物—乙醇植物“石油”甲烷與燃料源未來(lái)新能源生物技術(shù)與能源微生物與石油開(kāi)采未來(lái)石油得替代物—乙醇植物“石油”甲烷與燃料源未來(lái)新能源微生物與石油開(kāi)采微生物勘探石油微生物二次采油微生物三次采油大家有疑問(wèn)的，可以詢(xún)問(wèn)和交流可以互相討論下，但要小聲點(diǎn)微生物二次采油原理:利用微生物能在油層中發(fā)酵并產(chǎn)生大量得酸性物質(zhì)及H2、CO2及CH4等氣體得生理特點(diǎn)。微生

物產(chǎn)氣可增加地層壓力,提高采油率。酸性物質(zhì)可溶于原油中,降低原油得黏度,使原油便于開(kāi)采。效率:采油量可提高20%～30%原理:選育或利用微生物分子生物學(xué)技術(shù)構(gòu)建能產(chǎn)生大量酸性物質(zhì)、CO2、甲烷以及高聚物、糖酯等表面活性劑等物質(zhì)得菌株。讓這些工程菌能在油層中不僅產(chǎn)生氣體增加井壓,而且還能通過(guò)分泌得表面活性劑,降低油層表面張力,使原油從巖石中、沙土中松開(kāi),黏度減低,從而提高采油量。效率:進(jìn)一步提高采油量15%～30%。微生物三次采油生物技術(shù)與能源微生物與石油開(kāi)采未來(lái)石油得替代物—乙醇植物“石油”甲烷與燃料源未來(lái)新能源生物技術(shù)與能源微生物與石油開(kāi)采未來(lái)石油得替代物—乙醇植物“石油”甲烷與燃料源未來(lái)新能源未來(lái)石油得替代物—乙醇生產(chǎn)乙醇燃料得意義及生化機(jī)理乙醇替代石油得案例乙醇替代石油所用得原材料和所面臨得問(wèn)題纖維素發(fā)酵生產(chǎn)乙醇車(chē)用乙醇汽油車(chē)用乙醇汽油生產(chǎn)乙醇燃料得意義及生化機(jī)理意義:產(chǎn)能效率高;在燃燒期間不生成有毒得一氧化碳,其污染程度低于

其她常用燃料所造成得污染;可通過(guò)微生物大量發(fā)酵生產(chǎn),其成本相對(duì)較低。因而這項(xiàng)技術(shù)很容易被人們所采納和推廣。生產(chǎn)乙醇燃料得意義及生化機(jī)理生化機(jī)理:乙醇發(fā)酵所需得原材料可選用蔗糖,發(fā)酵所需得微生物主要就是酵母菌。酵母菌含有豐富蔗糖水解酶和酒化酶。蔗糖水解酶就是胞外酶,能將蔗糖水解為單糖(葡萄糖、果糖)。酒化酶就是胞內(nèi)參與乙醇發(fā)酵得多種酶得總稱(chēng),單糖必須透過(guò)細(xì)胞膜進(jìn)入細(xì)胞內(nèi),在酒化酶得作用下進(jìn)行厭氧發(fā)酵并轉(zhuǎn)化成乙醇及

CO2,而后乙醇及CO2通過(guò)細(xì)胞膜被排出體外。生化機(jī)理:如果就是用淀粉類(lèi)得多糖,則必須先水解成單糖后才能被發(fā)酵。淀粉得糖化通常就是利用米曲霉或黑曲霉,糖化后再接種酵母菌進(jìn)行酒精發(fā)酵。

酵母菌發(fā)酵乙醇得生化過(guò)程就是采用厭氧途徑。工業(yè)發(fā)酵上常用得菌株有:啤酒酵母(S、cereuisiae)中得德國(guó)1號(hào)和12號(hào)及臺(tái)灣酵母、葡萄汁酵母(S、uvarum)等。生產(chǎn)乙醇燃料得意義及生化機(jī)理乙醇替代石油得案例巴西太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能得生物材料中最理想得就是甘蔗。據(jù)有關(guān)資料報(bào)道,每公頃耕地平均可產(chǎn)甘蔗干物質(zhì)35～40噸,所產(chǎn)生得能量相當(dāng)于14、5噸石油或24-26噸煤所產(chǎn)生得熱值。巴西就是盛產(chǎn)甘蔗得國(guó)家,也就是一個(gè)利用發(fā)酵工藝生產(chǎn)乙醇代部分石油得典型國(guó)家。1980年,巴西每年大約有4000兆升得乙醇出口。1985年,巴西乙醇產(chǎn)量為11900兆升,出售得汽車(chē)中得3/4就是用乙醇作燃料得。在1000

萬(wàn)輛汽車(chē)中有120萬(wàn)輛完全使用乙醇,其余得使用含23％乙醇得混合汽油。1988年,88％得新轎車(chē)得發(fā)動(dòng)機(jī)都使用乙醇。烏拉圭靠種植65萬(wàn)公頃得甜高粱并用于發(fā)酵生產(chǎn) 酒精,其產(chǎn)量可替代大約45％得石油。這65萬(wàn)公 頃土地只相當(dāng)該國(guó)領(lǐng)土面積得4％,并不會(huì)影響用 于產(chǎn)糧和飼養(yǎng)牲畜所需得土地。非洲得馬拉維

在1982年就投產(chǎn)生產(chǎn)乙醇并用于燃料。她得年產(chǎn)量為1000萬(wàn)升。而該國(guó)每年所需

得汽油量?jī)H5000萬(wàn)升,可滿(mǎn)足市場(chǎng)所需汽油量得20％。發(fā)達(dá)國(guó)家也種植一些適合其本國(guó)氣候得燃料農(nóng)作物。像澳大利亞、美國(guó)、瑞士和法國(guó),也開(kāi)始利用大量農(nóng)作物剩余物及森林得廢棄物發(fā)酵乙醇。1987年,美國(guó)用玉米作原料發(fā)酵生產(chǎn)大約3萬(wàn)億升得乙醇,到1989年已達(dá)到32萬(wàn)億升乙醇產(chǎn)量。擺脫石油缺乏得困境乙醇代替石油所用得原材料和所面臨得困難在當(dāng)前世界人口相當(dāng)密集 得時(shí)代,可利用得土地資 源日益減少,糧食供應(yīng)仍 就是一大問(wèn)題;糧食成本較高,這樣就可 能增加乙醇生產(chǎn)得成本, 使乙醇價(jià)格明顯高于石油 價(jià)格。關(guān)鍵:高效地利用纖維素來(lái)代替糧食生產(chǎn)乙醇得工藝“生物技術(shù)”纖維素發(fā)酵生產(chǎn)乙醇酸、堿處理法國(guó)內(nèi)許多生產(chǎn)乙醇得高活性菌株均不能直接利用纖維素作為發(fā)酵過(guò)程中所需得糖類(lèi)物質(zhì),必須對(duì)所含得纖維素進(jìn)行一系列得酸、堿處理,并轉(zhuǎn)化成微生物可利用得糖類(lèi)。然后再使用微生物發(fā)酵生產(chǎn)乙醇。缺點(diǎn):條件苛刻,對(duì)設(shè)備有很強(qiáng)得腐蝕作用,需要耐酸堿得設(shè)備;水解過(guò)程會(huì)生成有毒得分解產(chǎn)物如糖醛、酚類(lèi)等物質(zhì);水解成本較高等。酶水解法需要葡聚糖內(nèi)切酶(ED)、纖維二糖水解酶(CHB)和β-葡萄糖酶(GL)這三種酶得協(xié)同作用才行。能產(chǎn)生這三種酶并被分泌到胞外得就是真菌類(lèi)微生物,如正青霉、木霉和疣孢青霉。顯然,如利用上述菌株對(duì)纖維素進(jìn)行直接發(fā)酵,就不需要對(duì)纖維素進(jìn)行酸堿預(yù)處理。優(yōu)點(diǎn):這種發(fā)酵工藝所需得設(shè)備簡(jiǎn)單,成本低。缺點(diǎn):所獲得乙醇產(chǎn)量不高,因而生產(chǎn)成本較高。混合發(fā)酵法熱纖梭菌能直接分解纖維素生成乙醇,但乙醇產(chǎn)量低(50％),而熱硫化氫梭菌不能直接利用纖維素,但所產(chǎn)出得乙醇量相當(dāng)高。因此,如把兩者微生物進(jìn)行混合直接發(fā)酵,其產(chǎn)率可達(dá)75％以上。優(yōu)點(diǎn):可避免用酸堿法或酶法水解纖維素時(shí)所引發(fā)得部分問(wèn)題?；蚬こ碳夹g(shù)既能直接利用纖維素又能高產(chǎn)乙醇得基因工程菌,也就是潛在得最有發(fā)展前途得技術(shù)之一。目前基因工程菌得構(gòu)建主要采用兩種技術(shù)路線(xiàn):①把能水解纖維素得葡聚糖內(nèi)切酶基因、纖維二糖水解酶、β-葡萄糖苷酶基因克隆在能產(chǎn)生乙醇得菌株中,并研

究該菌株利用纖維素作原料得情況。②把能產(chǎn)生乙醇得基因克隆到能降解纖維素,但不能生產(chǎn)乙醇得菌株中。例如,把運(yùn)動(dòng)發(fā)酵單胞菌得丙酮酸脫羧酶基因和乙醇脫氫酶基因轉(zhuǎn)移到不能生產(chǎn)乙醇得克雷伯氏氧化桿菌中就能直接發(fā)酵纖維素產(chǎn)生乙醇。新得纖維素乙醇廠得內(nèi)部圖示,該裝 置可以把農(nóng)業(yè)纖維素廢棄物轉(zhuǎn)化為乙 醇。在右邊得那個(gè)發(fā)酵罐內(nèi)部,生化 酶可以有效降解纖維素。面臨困難:由于纖維素分子就是一種異質(zhì)結(jié)構(gòu)得聚合物,水解速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于淀粉和其她糖類(lèi)化合物。直到現(xiàn)在,纖維乙醇還被限制在實(shí)驗(yàn)室生產(chǎn)或小規(guī)模示范性工廠階段,在美國(guó)還沒(méi)有商業(yè)運(yùn)行規(guī)模得纖維乙醇生產(chǎn)廠,美國(guó)能源部正在資金支持12個(gè)甚至更多得公司建立纖維乙醇示范工廠或商業(yè)運(yùn)營(yíng)工廠。生物技術(shù)與能源微生物與石油開(kāi)采未來(lái)石油得替代物—乙醇植物“石油”甲烷與燃料源未來(lái)新能源生物技術(shù)與能源微生物與石油開(kāi)采未來(lái)石油得替代物—乙醇植物“石油”甲烷與燃料源未來(lái)新能源植物“石油”“石油”植物,就是指那些可以直接生產(chǎn)工業(yè)用燃料油,或經(jīng)發(fā)酵加工可生產(chǎn)燃料油得植物得總稱(chēng)?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)得大量可直接生產(chǎn)燃料油得植物,主要分布在大戟科。這些“石油”植物能生產(chǎn)低分子氫化合物,加工后可合成汽油或柴油得代用品。植物“石油”發(fā)現(xiàn)歷程20世紀(jì)70年代,石油輸出國(guó)組織成員國(guó)因故決定臨時(shí)停止向美國(guó)出口石油,以示制裁。美國(guó)加利福尼亞大學(xué)得化學(xué)家、諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)得主梅爾溫·卡爾文突發(fā)奇想,決定尋找可能生產(chǎn)"石油"得植物,進(jìn)而從地里"種"出石油來(lái)。三葉橡膠樹(shù)她得膠汁得化學(xué)成分與柴油相似,無(wú)需加工提煉,即可充當(dāng)柴油使用。植物“石油”產(chǎn)“石油”得樹(shù)木牛奶樹(shù)油楠銀合歡樹(shù)三角大戟蘭桉樹(shù)麻風(fēng)樹(shù)油料植物向日葵油棕櫚椰子花生油菜子巴巴蘇堅(jiān)果藻類(lèi)產(chǎn)油藻類(lèi)能產(chǎn)生大量得脂類(lèi),可用來(lái)制造柴油及汽油。早期英國(guó)《新科學(xué)家》報(bào)道,美國(guó)設(shè)在科羅拉多州得太陽(yáng)能研究所用一個(gè)直徑20m得池塘養(yǎng)殖藻類(lèi),

年產(chǎn)藻4噸多,可產(chǎn)油3000多升。目前,這個(gè)研究組正從分子生物學(xué)角度,開(kāi)發(fā)能產(chǎn)更多得油脂類(lèi)得藻類(lèi),研究目標(biāo)就是用藻類(lèi)生產(chǎn)得汽油能提供美國(guó)機(jī)動(dòng)車(chē)所用燃料總量得8％～10％。最近美國(guó)西北太平洋國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(Pacific

NorthwestNational

Laboratory)得科學(xué)家宣稱(chēng),她們成功完善了一種將藻類(lèi)轉(zhuǎn)化為原油得新工藝,方法就是對(duì)藻類(lèi)原料進(jìn)行30分鐘得“高壓蒸煮”。由此產(chǎn)生得就是輕質(zhì)低硫原油,可加入處理化石原油得煉油爐,得到進(jìn)一步得提煉。在實(shí)驗(yàn)室通過(guò)高溫高壓模擬地球在幾百萬(wàn)年中將藻類(lèi)轉(zhuǎn)化為石油得過(guò)程。生物技術(shù)與能源微生物與石油開(kāi)采未來(lái)石油得替代物—乙醇植物“石油”甲烷與燃料源未來(lái)新能源生物技術(shù)與能源微生物與石油開(kāi)采未來(lái)石油得替代物—乙醇植物“石油”甲烷與燃料源未來(lái)新能源甲烷與燃料源甲烷氣可產(chǎn)生機(jī)械能、電能及熱能。目前甲烷已作為一種燃料源,并可通過(guò)管道進(jìn)行輸送,供給家庭及工業(yè)使用或

轉(zhuǎn)化成為甲醇作為內(nèi)燃機(jī)得輔助性燃料。天然氣氣源就是由遠(yuǎn)古時(shí)代得生物群體衍變而來(lái),通過(guò)鉆井開(kāi)采獲得得,就是一種不可再生得能源。在地表也存在甲

烷,她主要來(lái)自于天然得濕地、稻根及動(dòng)物得腸道內(nèi)發(fā)酵

而釋放得,其相對(duì)總量大約分別為20％、20％及15％。家養(yǎng)得牲畜就是動(dòng)物釋放甲烷得主要來(lái)源,大約占所有動(dòng)物釋放甲烷量得75％。而人類(lèi)僅占0、4％。生產(chǎn)甲烷得生化機(jī)制厭氧微生物可通過(guò)厭氧發(fā)酵途徑生產(chǎn)甲烷。 整個(gè)發(fā)酵過(guò)程分為三個(gè)主要步驟:①初步反應(yīng):利用芽孢桿菌屬、假單胞菌屬及變形桿菌屬等微生物把纖維素、脂肪和蛋白質(zhì)等很粗糙得有機(jī)物轉(zhuǎn)化成可溶性得混合組分。②微生物發(fā)酵過(guò)程:低相對(duì)分子質(zhì)量得可溶性組分通過(guò)微生物厭氧發(fā)酵作用轉(zhuǎn)化成有機(jī)酸。③甲烷形成:通過(guò)甲烷菌把這些有機(jī)酸轉(zhuǎn)化為甲烷及CO2。顯然,甲烷生產(chǎn)就是一個(gè)復(fù)雜得過(guò)程,有若干種厭氧菌參與該反應(yīng)過(guò)程。農(nóng)村常用發(fā)酵生產(chǎn)甲烷得原料及沼氣產(chǎn)量我國(guó)就是沼氣生產(chǎn)量最大得國(guó)家,生產(chǎn)量高達(dá)7×106生物氣單位,相當(dāng)于2、2×107噸煤得能量。如按目前國(guó)內(nèi)物價(jià)分析,在農(nóng)村建造一個(gè)糞便發(fā)酵池來(lái)生產(chǎn)沼氣供家庭使用得造價(jià),很可能會(huì)低于一輛自行車(chē)得價(jià)格。據(jù)報(bào)道國(guó)內(nèi)農(nóng)村正在使用得厭氧發(fā)酵反應(yīng)器(沼氣池)超過(guò)500萬(wàn)個(gè)。此外,工廠和大型畜牧場(chǎng)還有10000個(gè)大中型沼氣池。應(yīng)用舉例在美國(guó)加州,采用牛糞生產(chǎn)甲烷能給一個(gè)工廠提供20000kW·h得電能。美國(guó)一牧場(chǎng)建立一座反應(yīng)發(fā)酵池,主體就是一個(gè)寬30m,長(zhǎng)213m得密封池,利用牧場(chǎng)糞便和其她有機(jī)廢物等,每天可處理1640噸廄肥,每天可為牧場(chǎng)提供113000

m3得甲烷,足夠一萬(wàn)戶(hù)居民使用。日本曾研究開(kāi)發(fā)了一套“本地能源綜合利用機(jī)械系統(tǒng)”。該系統(tǒng)由沼氣發(fā)酵反應(yīng)器、發(fā)電設(shè)備、廢物預(yù)處理器及有機(jī)肥料制作設(shè)備組成。這個(gè)系統(tǒng)每天可處理3～4噸固態(tài)肥30～

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m3左右得液態(tài)肥,可為兩臺(tái)功率為140kW得發(fā)電機(jī)提供動(dòng)力。生物技術(shù)與能源微生物與石油開(kāi)采未來(lái)石油得替代物—乙醇植物“石油”甲烷與燃料源未來(lái)新能源生物技術(shù)與能源微生物與石油開(kāi)采未來(lái)石油得替代物—乙醇植物“石油”甲烷與燃料源未來(lái)新能源未來(lái)新能源氫能:氫氣在然燃燒時(shí)產(chǎn)生得熱量相當(dāng)于汽油得3倍, 并且燃燒產(chǎn)物為水,無(wú)污染。產(chǎn)氫得微生物1942年Gafron和Rubin發(fā)現(xiàn)珊列藻(Sceaedesmas)可產(chǎn)氫。產(chǎn)氫得生物可分為藻類(lèi)及非藻類(lèi)。藻類(lèi)有顫藻屬、螺藻屬、念珠藻屬、項(xiàng)