生物技术与能源ppt课件
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第九章生物技术与能源
• 优点：条件温和、醇用量小、无污染排放。
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第九章生物技术与能源
主要问题：
• 对甲醇及乙醇的转化率低，一般仅为40%60%。
• 酶的使用寿命短。 • 副产物甘油和水难于回收。
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第九章生物技术与能源
2、利用“工程微藻”生产柴油
1）、归属：“硅藻类”的一种“工程小环藻”。
二、生物柴油的优势（7条）： 1、具有优良的环保特性 • 硫含量低，二氧化硫和硫化物的排放低； • 不含芳香族烷烃，废气对人体损害低。 • 含氧量高，燃烧时排烟少，一氧化碳的排
放少。
• 生物降解性高。
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第九章生物技术与能源
2、低温发动机启动性能：无添加剂冷滤点达 -20℃。
3、润滑性能：磨损率低，使用寿命长。
第九章生物技术与能源
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2020/12/9
第九章生物技术与能源
• 本章共2个学时,均为课堂讲授 • 教学目的和要求：了解掌握微生物与石油开发及其他新型
能源工业上的应用技术及应用进展。
• 教学重点和难点：微生物在石油开发及其他新型能源工业 上的应用技术。
• 教学方法与手段：课堂教学与自学相结合 • 第一节 微生物与石油开发 • 第二节 生物技术与新能源 • 复习与作业要求：自习为主 • 考核知识点：微生物在石油开发及其他新型能源工业上的
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第九章生物技术与能源
三、生物柴油的生产方法 1、利用食用油生产生物柴油； 2、利用"工程微藻"生产柴油。
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第九章生物技术与能源
1、利用食用油生产生物柴油
1）、化学合成法
• 用动物和植物油脂与甲醇或乙醇等低碳醇 在酸或者碱性催化剂和高温(230～250℃) 下进行转酯化反应，生成相应的脂肪酸甲 酯或乙酯，再经洗涤干燥即得生物柴油。
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第九章生物技术与能源
主要问题：
• 对甲醇及乙醇的转化率低，一般仅为40%60%。
• 酶的使用寿命短。 • 副产物甘油和水难于回收。
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第九章生物技术与能源
2、利用“工程微藻”生产柴油
1）、归属：“硅藻类”的一种“工程小环藻”。
二、生物柴油的优势（7条）： 1、具有优良的环保特性 • 硫含量低，二氧化硫和硫化物的排放低； • 不含芳香族烷烃，废气对人体损害低。 • 含氧量高，燃烧时排烟少，一氧化碳的排
放少。
• 生物降解性高。
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第九章生物技术与能源
2、低温发动机启动性能：无添加剂冷滤点达 -20℃。
3、润滑性能：磨损率低，使用寿命长。
第九章生物技术与能源
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2020/12/9
第九章生物技术与能源
• 本章共2个学时,均为课堂讲授 • 教学目的和要求：了解掌握微生物与石油开发及其他新型
能源工业上的应用技术及应用进展。
• 教学重点和难点：微生物在石油开发及其他新型能源工业 上的应用技术。
• 教学方法与手段：课堂教学与自学相结合 • 第一节 微生物与石油开发 • 第二节 生物技术与新能源 • 复习与作业要求：自习为主 • 考核知识点：微生物在石油开发及其他新型能源工业上的
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第九章生物技术与能源
三、生物柴油的生产方法 1、利用食用油生产生物柴油； 2、利用"工程微藻"生产柴油。
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第九章生物技术与能源
1、利用食用油生产生物柴油
1）、化学合成法
• 用动物和植物油脂与甲醇或乙醇等低碳醇 在酸或者碱性催化剂和高温(230～250℃) 下进行转酯化反应，生成相应的脂肪酸甲 酯或乙酯，再经洗涤干燥即得生物柴油。
能源环境-与-生物质能的应用-生物质气化ppt课件
作用可以再生，取之不尽、用之不竭，也是唯一一种可再 生的碳源；
2) 低污染性 生物质的硫含量、氮含量低、燃烧过程中生成的SOX、
NOX较少； 3) 广泛分布性 缺乏煤炭的地域，可充分利用生物质能；
4) 生物质燃料总量十分丰富 生物质能是世界第四大能源,仅次于煤炭、石油和天然
气。
生物质热解气化
生物质利用方式分类
所
生物质热解气化
国内进展
1. 中科学院广州能源研究所在循环流化床气化发电方面取得了一系列进 展，已经建设并运行了多套气化发电系统[21~24]； 2. 中国林业科学院林产化学工业研究所在生物质流态化气化技术、内循 环锥形流化床富氧气化技术方面取得了成果[25]； 3. 中国科技大学进行了生物质等离子体气化[26]、生物质气化合成等技术 的研究[27]； 4. 浙江大学对双流化床气化技术进行了研究，并开发了中热值气化供气 与发电装置[30,31]；华中科技大学进行了流化床的气化研究[32-34]； 5. 南京工业大学近年来开始开展生物质气化技术的研究，在大规模的固 定床生物质气化发电技术方面取得了进展。
6. 华中科技大学开展了高含水率生物质的热解气化研究，并建成了一套 中试装置，取得了较好的效果
生物质热解气化
国外进展
欧美等发达国家对生物质气化技术的研究十分重视，有许多单
位在进行此项技术的研究，并达到了较高的水平。
西方发达国家的一些科研单位，如美国国家再生能源实验室[64]
、Ariozna大学、Hamburg大学、日本日立制作所、英国Aston大学
0.35
3.0
城市生活垃圾量（填埋处理）
1.58
0.96
60
0.09
0.28
餐饮废油 工业/生活污水量 棉籽油
2) 低污染性 生物质的硫含量、氮含量低、燃烧过程中生成的SOX、
NOX较少； 3) 广泛分布性 缺乏煤炭的地域，可充分利用生物质能；
4) 生物质燃料总量十分丰富 生物质能是世界第四大能源,仅次于煤炭、石油和天然
气。
生物质热解气化
生物质利用方式分类
所
生物质热解气化
国内进展
1. 中科学院广州能源研究所在循环流化床气化发电方面取得了一系列进 展，已经建设并运行了多套气化发电系统[21~24]； 2. 中国林业科学院林产化学工业研究所在生物质流态化气化技术、内循 环锥形流化床富氧气化技术方面取得了成果[25]； 3. 中国科技大学进行了生物质等离子体气化[26]、生物质气化合成等技术 的研究[27]； 4. 浙江大学对双流化床气化技术进行了研究，并开发了中热值气化供气 与发电装置[30,31]；华中科技大学进行了流化床的气化研究[32-34]； 5. 南京工业大学近年来开始开展生物质气化技术的研究，在大规模的固 定床生物质气化发电技术方面取得了进展。
6. 华中科技大学开展了高含水率生物质的热解气化研究，并建成了一套 中试装置，取得了较好的效果
生物质热解气化
国外进展
欧美等发达国家对生物质气化技术的研究十分重视，有许多单
位在进行此项技术的研究，并达到了较高的水平。
西方发达国家的一些科研单位，如美国国家再生能源实验室[64]
、Ariozna大学、Hamburg大学、日本日立制作所、英国Aston大学
0.35
3.0
城市生活垃圾量（填埋处理）
1.58
0.96
60
0.09
0.28
餐饮废油 工业/生活污水量 棉籽油
生物技术与能源教案幻灯片课件
第十章 生物技术与能源教案 常见心律失常心电图诊断的误区诺如病毒感染的防控知识介绍责任那些事浅谈用人单位承担的社会保险法律责任和案例分析现代农业示范工程设施红地球葡萄栽培培训材料
-
讲授新课
（二）国外生物质能技术的发展状况
1、 沼气技术
提问：我国沼气技术状况
2、 生物质热裂解气化
（1）多媒体展示：芬兰坦佩雷电力公司开始在瑞典 建立一座废木材气化发电厂，装机容量为60MW,产热 65MW,1996年运行：
-
讲授新课
（二）国外生物质能技术的发展状况
3、 生物质液体燃料
（3）多媒体展示：巴西乙醇开发计划，到1991年， 乙醇产量达到130亿升，在980万辆汽车中，近400万 辆为纯乙醇汽车，其余大部分燃用20%的乙醇-汽油 混合燃料，也就是说乙醇燃料已占汽车燃料消费量 的50%以上。
第十章 生物技术与能源教案 常见心律失常心电图诊断的误区诺如病毒感染的防控知识介绍责任那些事浅谈用人单位承担的社会保险法律责任和案例分析现代农业示范工程设施红地球葡萄栽培培训材料
教学目的 了解人类利用生物质能技术发展生物能源 的必要性；了解国内外生物质能技术的发展状况。 理解我国生物质能技术方向和保障措施；了解目前 人类如何利用生物技术提高产能量及开发新能源的 基本知识。 教学重点：1、利用生物质能技术发展生物能源的必 要性；2、如何利用生物技术开发新能源 教学难点：如何利用生物技术开发新能源 课型：理论型、讨论型
第十章 生物技术与能源教案 常见心律失常心电图诊断的误区诺如病毒感染的防控知识介绍责任那些事浅谈用人单位承担的社会保险法律责任和案例分析现代农业示范工程设施红地球葡萄栽培培训材料
教学方法：讲授为主，借助多媒体课件及幻灯片穿 插演示法、提问法、讨论法和启发式教学
新能源 第三章生物质能PPT课件
绿玉树
续随子。
麻风果
续随子。
麻风果
续随子。
。
续随子
续随子
。
能源农场
即建立以获取能源为目的的生物质生产基地， 以能源农场的形式大规模培育生物质，并加工 成可利用的能源。要对土地进行合理规划，尽 可能利用山地、非耕荒地和水域，选择适合当 地生长条件的生物质品种进行培育、繁殖，以 获得足够数量的高产能植物。在海洋、水域， 要充分利用海藻和水生物提取能源，建立海洋 能源农场或江河能源农场。同时，将基因工程 等现代生物技术广泛应用于能源农场中，以提 高能源转化率。
生物质能的来源
城市垃圾，主要成分包括：纸屑（占40％）、 纺织废料（占20%）和废弃食物（占20%）等。 将城市垃圾直接燃烧可产生热能，或是经过热 分解处理制成燃料使用。
城市污水，一般城市污水约含有0.02％～0.03 ％的固体与99%以上的水分，下水道污泥有望 成为厌氧消化槽的主要原料。
生物能的开发和利用
生物能的开发和利用
直接燃烧生物质来产生热能、蒸汽或电 能；
利用能源作物生产液体燃料。目前具有 发展潜力的能源作物，包括：快速成长 作物树木、糖与淀粉作物（供制造乙 醇）、含有碳氧化合物作物、草本作物、 水生植物；
生产木炭和炭；
生物能的开发和利用
生物质（热解）气化后用于电力生产， 如集成式生物质气化器和喷气式蒸汽燃 气轮机（BIG/STIG）联合发电装置；
对农业废弃物、粪便、污水或城市固体 废物等进行厌氧消化，以生产沼气和避 免用错误的方法处置这些物质，以免引 起环境危害。
生物质能 的利用技术
生物质能的利用技术
生物质能的利用技术大体上分为直接燃 烧技术、物化转化技术、生化转化技术 和植物油技术四大类，各类技术又包含 了不同的子技术。
生物能源技术优秀课件
生物能源是一种可再生的清洁能源 ， 将来会成为支柱能源之一。 世界生物能源消ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ：约15％。
9
各类植物
垃圾堆
10
生物质与生物质能
广义上讲，生物质是各种生命体产生或 构成生命体的有机质的总称，生物质所 蕴涵的能量称为生物质能。
是指有机物中除化石燃料外的所有来 源于动、植物能再生的物质。它是由有生 命的组织及其衍生物和与生物转化有关的 物质构成的集合，是由光合作用产生的有 机物。
第四章 生物能源技术
1
第一节 能源概况
能源问题 1973年，世界第一次能源危机。
化石燃料， 有限能源 （枯竭）
能源紧张已经是全球面临的关键性难题之一， 解决能源危机关系到全球经济的可持续发展。
2
能源的概念
能源是可从其获得热、光和动力之类能量的资源 。 —— 《科学技术百科全书》
确切而简单地说，能源是自然界中能为人类提 供某种形式能量的物质资源。
❖ 尽管从我国或全世界看，生物能源的开发利 用都处于刚起步阶段，生物能源在整个能源 结构中所占的比重还很小。但是，生物能源 的发展潜力不可估量。
17
当代新能源发展趋势
目前，巴西每年用甘蔗生产的燃料乙 醇产量达1400万吨，成为世界上第一个 不销售纯汽油的国家。
氢是最理想的载能体，它在燃烧时只生成水， 不产生任何污染物。氢气与传统的能源物质相比， 还具有能量密度高，热转化效率高，输送成本低 等诸多突出优点。所以，氢作为一种极为理想的 “绿色能源”，其发展前景是十分光明的 。
法》通过。
❖2006年至今，投入生物质能源产业开发。
❖速度慢，规模小；成本高！
❖“不与民争粮、不与粮争地”
16
生物质能源前景广阔
9
各类植物
垃圾堆
10
生物质与生物质能
广义上讲，生物质是各种生命体产生或 构成生命体的有机质的总称，生物质所 蕴涵的能量称为生物质能。
是指有机物中除化石燃料外的所有来 源于动、植物能再生的物质。它是由有生 命的组织及其衍生物和与生物转化有关的 物质构成的集合，是由光合作用产生的有 机物。
第四章 生物能源技术
1
第一节 能源概况
能源问题 1973年，世界第一次能源危机。
化石燃料， 有限能源 （枯竭）
能源紧张已经是全球面临的关键性难题之一， 解决能源危机关系到全球经济的可持续发展。
2
能源的概念
能源是可从其获得热、光和动力之类能量的资源 。 —— 《科学技术百科全书》
确切而简单地说，能源是自然界中能为人类提 供某种形式能量的物质资源。
❖ 尽管从我国或全世界看，生物能源的开发利 用都处于刚起步阶段，生物能源在整个能源 结构中所占的比重还很小。但是，生物能源 的发展潜力不可估量。
17
当代新能源发展趋势
目前，巴西每年用甘蔗生产的燃料乙 醇产量达1400万吨，成为世界上第一个 不销售纯汽油的国家。
氢是最理想的载能体，它在燃烧时只生成水， 不产生任何污染物。氢气与传统的能源物质相比， 还具有能量密度高，热转化效率高，输送成本低 等诸多突出优点。所以，氢作为一种极为理想的 “绿色能源”，其发展前景是十分光明的 。
法》通过。
❖2006年至今，投入生物质能源产业开发。
❖速度慢，规模小；成本高！
❖“不与民争粮、不与粮争地”
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生物质能源前景广阔
生物质能源利用简介ppt课件
干燥
粉碎
储存 计量
储存 计量
混合
成型
筛分
生物质型煤
生物质 干燥 粉碎 储存 计量
2.2 生物质固硫型煤燃烧特性
1）点火性能 可燃基挥发分比原煤高，进入炉膛后，生物质首先燃烧，使型
煤短时间达到着火点，生物质燃料燃烧后体积收缩，使型煤产生 很多孔道及空袭，形成多孔形球体。 2）燃烧机理
静态渗透式扩散燃烧 燃烧由表面及不断深入到内部，不会发生热解析炭冒烟现象。 3）固硫特性 生物质比煤先燃烧，形成的空隙起到了膨化疏松作用，使固硫 剂CaO颗粒内部不易发生烧结，可使空袭率增加，增大SO2和O2 向CaO颗粒内的扩散作用，提高钙的利用率。 可在较低的Ca/S下，使固硫率达到50%以上。
日本开发，间歇反应器，以He为载气，反应温度为250-400 0C， 催化剂为碱金属的碳酸盐，产油率为50%（采用发酵残渣为原料）。
Na2CO3+H2+2CO----2HCOONa+CO2 2C6H10O5+2HCOONa---2C2H10O4+H2O+CO2+Na2CO3 3）煤与生物质共同液化
可降低煤的液化温度，增加低分子量的戊烷可溶物，生物质与煤 相互作用机理不明。
汽油中可以掺入25%，提高辛烷值。Leabharlann 性质 相对密度（20 0C）
辛烷值 闪点
甲醇的燃料特性
数值
性质
0.80
馏程/0C
100 热值/（kJ/kg）
11 汽化潜热/（kJ/kg）
数值 65 19647 1105
2）甲醇生产工艺 生物质---合成气的制造----合成气净化---甲醇合成---甲醇精馏
两类催化剂： • ZnO-Cr2O3为基础的改良氧化物系统催化剂，反应压力34MPa, 温度
生物质能源(共71张PPT)
我国：地沟油是目前主要原料，麻风树、黄连木等油料作物有 望大面积种植。
黄连木
麻风树
生物质能利用－生物化学转化
发酵
厌氧消化
生物质能利用－生物化学转化－发酵
发酵
2005年，我国首个秸秆与煤粉混烧发电项目在枣庄十里泉发电厂竣工投产:引进了丹麦BWE公司的技术设备，对1台14万千瓦机组的锅炉燃烧器进行了秸秆混烧技术改造。 生物质能利用—直接燃烧 生物质能利用-热化学转化—生物柴油 利用范围已从木质部分利用转向全向全树利用、全林利用； 2020年，年产1000万吨 热效率可达90%;生物质能净转化效率～40％ 巴西：生物质能源已达到总能源消耗的1/3，近50％汽油被乙醇替代，2020年生物油柴油参和比达到20％。 2、从生物链的传递来看，大量种植单一农作物并不符合大自然有关生物多样性的发展规律，土壤中的养分会因单一种植农作物而流失。
加水
12-20 MPa
停留时间：30min
油（含水）
生物质能物柴油替代柴油的优势
1、仅需要对柴油机进行微小的改造甚至不需要改造。
2、可以采用现有的柴油运输、销售网络。
3、从全生命周期来看不产生CO2排放。
生物质能利用-热化学转化—生物柴油
我国生物质能源的开发利用现状
• 我国拥有丰富的生物质能资源，据测算，我国理论生物质能资源为50亿吨左右标准煤，是目前中国总能耗的4倍左右。在 可收集的条件下，中国目前可利用的生物质能资源主要是传统生物质，包括农作物秸秆、薪柴、禽畜粪便、生活垃圾、工 业有机废渣与废水等。目前生物质能源仅占0.5－1%。
平均含硫量。
1：1.4
秸秆
能源草
丹麦:已建立了130多家秸秆生物发电厂。秸秆发电等可再生能源占到全国能源消费 量的24％以上。
黄连木
麻风树
生物质能利用－生物化学转化
发酵
厌氧消化
生物质能利用－生物化学转化－发酵
发酵
2005年，我国首个秸秆与煤粉混烧发电项目在枣庄十里泉发电厂竣工投产:引进了丹麦BWE公司的技术设备，对1台14万千瓦机组的锅炉燃烧器进行了秸秆混烧技术改造。 生物质能利用—直接燃烧 生物质能利用-热化学转化—生物柴油 利用范围已从木质部分利用转向全向全树利用、全林利用； 2020年，年产1000万吨 热效率可达90%;生物质能净转化效率～40％ 巴西：生物质能源已达到总能源消耗的1/3，近50％汽油被乙醇替代，2020年生物油柴油参和比达到20％。 2、从生物链的传递来看，大量种植单一农作物并不符合大自然有关生物多样性的发展规律，土壤中的养分会因单一种植农作物而流失。
加水
12-20 MPa
停留时间：30min
油（含水）
生物质能物柴油替代柴油的优势
1、仅需要对柴油机进行微小的改造甚至不需要改造。
2、可以采用现有的柴油运输、销售网络。
3、从全生命周期来看不产生CO2排放。
生物质能利用-热化学转化—生物柴油
我国生物质能源的开发利用现状
• 我国拥有丰富的生物质能资源，据测算，我国理论生物质能资源为50亿吨左右标准煤，是目前中国总能耗的4倍左右。在 可收集的条件下，中国目前可利用的生物质能资源主要是传统生物质，包括农作物秸秆、薪柴、禽畜粪便、生活垃圾、工 业有机废渣与废水等。目前生物质能源仅占0.5－1%。
平均含硫量。
1：1.4
秸秆
能源草
丹麦:已建立了130多家秸秆生物发电厂。秸秆发电等可再生能源占到全国能源消费 量的24％以上。
生物质能源利用ppt课件
22.00
34.00
37.50
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农作物秸秆是世界上最为丰富的物质之一， 据统计，全世界每年秸秆的产量为29亿多吨，其中小麦 秸秆占21%，稻草占19%，大麦秸10%，玉米秸35%，黑麦 秸2%，燕麦秸3%，谷草5%，高梁秸5%。
秸 秆 的 数 量
减少秸秆焚烧浪费
数量巨大：每年仅秸秆约6.5-7亿吨； 浪费严重：每年仅秸秆就地焚烧量约达1.5亿吨； 污染严重：就地焚烧排放大量的CO，CH4、悬浮颗粒等有害物； 影响极大：居民健康、高速公路、民航。
生物质的硫含量、氮含量低、燃烧过程中生成的SOX、NOX较少；生物质灰分 含量低于煤
3) 挥发组分高，易燃，燃烧相对充分；容易气化
生物质的大部分挥发组分可在400℃左右释放出，而煤在800℃ 才释放出30％左右 的挥发组分；
4) 生物质燃料总量十分丰富、广泛分布性。 生物质能是世界第四大能源,仅次于煤炭、石油和天然气。
分布广泛
生物质能源分布不受 地域的限制，山川大 地、茫茫戈壁和浩瀚 海洋都有生物质能源 的踪迹；缺乏煤炭的 地域，可充分利用生 物质能。
缺乏煤炭的地域，可充分利用生物质能；
生物能的优缺点
生物能具备下列优点： * 可再生性 ； * 低污染性 * 广泛分布性 * 生物质燃料总量十分丰富
缺点: * 含碳量小，能量密度低；重量轻、体积大，给运输 带来难度；燃料热值低； * 含氧量多。密度小。 *有机物的水分偏多(50%～95%)。
太阳能－生物质能－生物能源
燃料酒精
生物氢能
生
物
燃
气
城乡 居民 生活 燃料
•生物质能源能是通过绿色植物的光合作用将太阳辐 射的能量以一种生物质形式固定下来的能源。是人 类最重要的间接利用太阳能方式。
生物技术与人类生活10--能源和环保幻灯片
3、植物“石油〞
〔1〕产“石油〞的灌木
主要是指橡胶树的近缘植 物，所含的汁液丰富且含有高比 例的碳氢化合物，经过适当加工， 可与汽油混合作为动力机的燃料。 如美洲、欧洲、前苏联和非洲均 有发现的牛奶树、三角大戟；美 国和日本的兰桉树；巴西的可比 巴乔木；菲律宾和马来西亚的银 合欢树等。根据专家推论，假设 全球的1/3沙漠和旱地都种上
3 、物城。市固垃体圾废的弃填埋物、处堆理肥和燃烧，矿渣的生物淋
溶处理等。 如果按照技术层次来分，那么可分为：
低层次 固体垃圾的生物处理 填埋技术及堆 肥法；
中层次 矿渣的生物淋溶处理 微生物冶金或 浸矿
〔可从贫矿、废矿、尾矿或火冶炉渣中提取出 贵重金属或稀有金属；防止或减少固体废物对 环境的污染。〕
乙醇作为燃料的优点：产能效率 高、燃烧期间不生成有毒的一氧化碳 和可通过微生物大量发酵等等。
从目前人类正在开发的许多产能 的技术和效益来看，乙醇很可能是未 来的石油替代物。
乙醇的三种生产方式：微生物发 酵、石油衍生物和化学合成。
微生物发酵生产乙醇：主要用淀粉、纤 维素、糖类、果蔬类和硫化废物等作 原料。
2、核酸探针和PCR技术
用病原微生物特有的DNA片段作成探针，通 过监测外界环境中有无对应互补的DNA片段存在， 即可检测出水等环境中有没有致病菌；如大肠杆 菌、志贺氏菌、沙门氏菌和乙肝病毒、爱滋病病 毒等。
PCR技术是对致病菌的特异性DNA片段在体 外进展百万倍扩增的一种非常快速和简便的新方 法，有极高的灵敏度和特异性，在被检测的病原 微生物极少时也能起作用，甚至100毫升水样中只 要有一个细菌也能被检测出来。它可以弥补DNA 探针分子直接杂交的缺乏，也可以直接用于土壤、 废物和污水等环境标本中的生物检测，包括那些 不能进展人工培养的病原微生物的检测。
《生物能源》PPT课件
Biology 生物 Energy 能源
行
Biology 生物 Energy 能源
减轻石油资源 的开采压力
Biology 生物 Energy 能源
白色生物技术
以当前的工业生物技术水平，使用玉米作为原料，相比 于石油化工产品，除了己二酸和乙酸以外，几乎所有化 学生产都属于环保型，从“摇篮”到“工厂门”(Cradle—tofactory gate)的不可再生资源的消耗可以减少30％；以未 来的技术水平做同样的分析，白色生物技术更有吸引力 ，它可以节约50％的不可再生能源。如果用木质纤维素 代替玉米做原料，能耗节省将达到75％。而其中木质纤 维素(例如玉米秸秆)作原料的重要的前提是发展成熟的 水解技术将其转化为可发酵的糖。当前世界上的主要科 研一直致力于纤维素乙醇作为燃料，并取得了一定进展 ，然而其商业可行性还有待进一步证明。如果直接以甘 蔗等可发酵的糖代替木质纤维素作为原料(在热带地区的 化工生产中较为常见)，则节省的能源更为可观，将比现 在传统的石化生产减少将近85％的能源消耗。 相比等同的石化产品，白色生物技术所面临的经济成本 的挑战与科学技术的发展紧密相连。科技的突破(包括生 物化工过程，产物分离和纯化过程)以期达到降低经济成 本比科技突破从而加强环保吸引力高效的 利用各种能源
以减轻生物资源过度利用的压力
衣
食
住
行
Biology 生物 Energy 能源
1 生物资源的过度利用
生物多样性 衰退和受威 胁的主要原
因
2 农业的扩张和农业环境 污染
Biology 生物 Energy 能源
Biology 生物 Energy 能源
进 入 夏 天 ，少 不了一 个热字 当头， 电扇空 调陆续 登场， 每逢此 时，总 会想起 那 一 把 蒲 扇 。蒲扇 ，是记 忆中的 农村， 夏季经 常用的 一件物 品。 记 忆 中 的故 乡 ， 每 逢 进 入夏天 ，集市 上最常 见的便 是蒲扇 、凉席 ，不论 男女老 少，个 个手持 一 把 ， 忽 闪 忽闪个 不停， 嘴里叨 叨着“ 怎么这 么热” ，于是 三五成 群，聚 在大树 下 ， 或 站 着 ，或随 即坐在 石头上 ，手持 那把扇 子，边 唠嗑边 乘凉。 孩子们 却在周 围 跑 跑 跳 跳 ，热得 满头大 汗，不 时听到 “强子 ，别跑 了，快 来我给 你扇扇 ”。孩 子 们 才 不 听 这一套 ，跑个 没完， 直到累 气喘吁 吁，这 才一跑 一踮地 围过了 ，这时 母 亲总是 ，好似 生气的 样子， 边扇边 训，“ 你看热 的，跑 什么？ ”此时 这把蒲 扇， 是 那 么 凉 快 ，那么 的温馨 幸福， 有母亲 的味道 ！ 蒲 扇 是 中 国传 统工艺 品，在 我 国 已 有 三 千年多 年的历 史。取 材于棕 榈树， 制作简 单，方 便携带 ，且蒲 扇的表 面 光 滑 ， 因 而，古 人常会 在上面 作画。 古有棕 扇、葵 扇、蒲 扇、蕉 扇诸名 ，实即 今 日 的 蒲 扇 ，江浙 称之为 芭蕉扇 。六七 十年代 ，人们 最常用 的就是 这种， 似圆非 圆 ， 轻 巧 又 便宜的 蒲扇。 蒲 扇 流 传 至今， 我的记 忆中， 它跨越 了半个 世纪， 也 走 过 了 我 们的半 个人生 的轨迹 ，携带 着特有 的念想 ，一年 年，一 天天， 流向长
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生物技术与能源
10.2 未来石油的替代物——乙醇
10.2.5 纤维素发酵生产乙醇 生产乙醇原材料化学降解技术 生产乙醇原材料酶解法降解技术 葡聚糖内切酶(ED)、 纤维二糖水解酶(CHB) β-葡萄糖酶(GL) 微生物混合发酵法
巴西种植甘蔗发展乙醇燃料
10.2.5 纤维素发酵生产乙醇
生物技术与能源
10.5.1.1 产氢的微生物
常见产氢的非光合微生物 厌氧菌： 巴氏梭菌、产气微球菌、雷氏丁酸杆菌、克 氏杆菌等。 兼性厌氧菌： 大肠杆菌、嗜水气单胞菌、软化芽胞杆菌、 多粘芽胞杆菌等。
生物技术与能源
10 生物技术与能源
10.5 未来新能源 10.5.1 氢能 10.5.1.1 产氢的微生物 生物质制氢技术 以生物质为原料利用热物理化学原理与技术制 氢，如生物质气化制氢，超临界转化制氢，高温 分解制氢；基于生物质的甲烷、甲醇、乙醇转化 制氢。 利用生物途径转换制氢,如微生物发酵、直接 生物光分解等。
麻风树(小桐子、青桐木 ）
生物技术与能源
10.3 植物“石油”
10.3.2 油料植物 常见产油的植物 向日葵、棕榈、椰子、花生、玉米、白菜、 香蕉、胡萝卜、棉籽、油菜子和巴巴苏坚 果 提高植物产油量的途径 增加脂肪酸合成底物来提高油脂合成水平。 增加油脂合成途径的关键酶的基因表达。
生物技术与能源
—甲烷
10.4.2 应用举例 我国是沼气生产最大量的国家，生产量高 达7×106生物气单位，相当于22×106吨煤 的能量。 印度也是一个生产沼气的大国。按印度现 有沼气的发展计划及规模，预测到2015年 前，可建立1千万～2千万个沼气池，到时 印度的燃料源很可能以沼气为主。
酵母菌
生物技术与能源
10.2.3 未来石油的替代物——乙醇
产量（10亿升）
A.用于化学工业的乙醇产量;
巴西的乙醇生产情况
B.用于汽油混合和替代品的乙醇产量
生物技术与能源
10.2 未来石油的替代物——乙醇
10.2.4 乙醇代替石油的困境
生产乙醇燃料的原材料 淀粉类 纤维素类 玉米 木材 高粱 木屑 小麦 废纸 大麦 森林残留物 木薯 农业残留物 土豆 固体废物 红薯 产品废物 糖类 蔗糖 甜高粱 糖蜜 甜菜 饲料甜菜 甘蔗 葡萄糖 其他 菜花 葡萄 香蕉 乳酪 乳浆 硫化废物
10.3 植物“石油”
10.3.3 藻类产油 生产生物柴油的方法:化学合成法、生物酶 解法和工程藻类技术。 提高工程小环藻产油的途径： 设法提高乙酰辅酶A羧化酶在微藻细胞中 充分表达。 采用工程小环藻制造柴油的优势。
生物技术与能源
10 生物技术与能源
10.4 传统可再生能源——甲烷
10.4.1 生产甲烷的生化机理 厌氧微生物生产甲烷途径 初步反应：利用芽孢杆菌属(Bacillus)、假单 胞菌属(Pseudomonas)及变形杆菌属(Proteus)等 微生物把纤维素、脂肪和蛋白质等很粗糙的有机 物转化成可溶性的混合组分。 微生物发酵过程：低分子质量的可溶性组分 通过微生物厌氧发酵作用转化成有机酸。 甲烷形成：通过甲烷菌把这些有机酸转化为 甲烷及CO2。
生物技术与能源
基因工程技术
把能水解纤维素的一个葡聚糖内切酶 基因和一个β-葡萄糖苷酶基因克隆在能产 生乙醇的菌株中，并研究该菌株利用纤维 素作原料的情况。 把能产生乙醇的基因克隆到能降解纤 维素，但不能生产乙醇的菌株中。
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10 生物技术与能源
10.3 植物“石油”
10.3.1 能产“石油”的灌木 兰桉树 油楠的乔木 银合欢树 麻风树 黄鼠草
生物技术与能源
10.1 微生物技术与石油开采
10.1.3 微生物二次采油技术
采油基本原理 微生物产气采油
采用效率和成本
风能发电
生物技术与能源
10.1 微生物技术与石油开采
10.1.4 微生物三次采油原理与效率
原理：利用微生物分子生物学技术构建能 产生大量CO2和甲烷等气体的基因工程菌株 或选育能提高产气量的高活性菌株。 目的：目的是让这些工程菌能在油层中不 仅产生气体增加井压, 而且还能分泌高聚物, 糖酯等表面活性剂, 降低油层表面张力, 使 原油从岩石中、沙土中松开, 黏度减低, 从 而提高采油量。 效率：进一步提高采油量15%～30%。
生物技术与能源
10 生物技术与能源
10.2 未来石油的替代物——乙醇 10.2.1 生产乙醇燃料的生化原理 10.2.2 乙醇作为燃料的益处 产能效率高 不生成一氧化碳 低成本
乙 醇 燃 料 汽 车
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10.2 未来石油的替代物——乙醇
10.2.3 乙醇发酵
常用原材料: 蔗糖或淀粉 微生物: 酵母菌 关键酶: 糖水解酶和酒化酶
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10.4传统可再生能源——甲烷
发酵池结构
家庭式甲烷发酵生产示意图
10.4传统可再生能源——甲烷
生物技术与能源
原材料与甲烷产量
农村常用发酵生产甲烷的原料及沼气产量 原料名称 每吨干物质产沼气量（m3） 猪粪 600 牲畜粪便 300 酒厂废水 500 废物污泥 400 麦秆 300 青草 630 甲烷含量/% 55 60 48 50 60 70
生物技术与能 源
生物技术与能源
10 生物技术与能源
10.1 微生物技术与石油开采
10.1.1 微生物勘探石油
地震法、地球物理法和地球化学法
微生物石油勘探技术和优势 微生物石油勘探研究进展
生物技术与能源
10.1 微生物技术与石油开采
10.1.2 微生物辅助采油技术和优势
微生物石油勘探技术和实验依据 油区底土中的重烃含量与季节变化存在一 定联 系。 抗血清筛选土壤中利用烃的微生物。
生物技术与能源
10.5.1.1 产氢的微生物
常见的放氢微生物 产氢的光合微生物可分为藻类及非藻类 藻类：颤藻属(Oscilayoria) 螺藻属(Spirulina) 念珠藻属(Nostoc) 项圈藻属(Anabaena) 非藻类：绿硫菌属(Chlorobium) 颤藻 红硫菌属(Chromatium) 红螺菌属(Rhodospirillum)