微生物生物能源发展现状及趋势剖析

2、生物柴油
生物柴油与石化柴油相比有以下优点:十六 烷值较高, 大于49( 石化柴油为45 ), 抗爆性 能优于石化柴油;含氧量高于石化柴油,可达 11% , 在燃烧过程中所需的氧气量较石化柴 油少, 燃烧、点火性能优于石化柴油;不含芳 香族烃类成分而不具致癌性, 并不含硫、铅、 卤素等有害物质;无须改动柴油机, 可直接添 加使用;生物柴油的闪点较石化柴油高, 有利 于安全运输、储存;不含石蜡, 低温流动性好, 适用区域广。
1、生物乙醇
• 发展前景： 生物乙醇未来将着眼于纤维素乙醇的开发， 筛选可纤维素转化为糖的高效酶，并且改 善生产工艺，将生产所需的能源需求降到 最低。
2、生物柴油
• 起源： 生物柴油是以大豆、油 菜等油料作物，油棕 和黄连木等油料林木 果实、工程微藻等油 料水生植物以及动物 油脂、非餐饮油等为 原料，通过分解酯化 而得到的长链脂肪酸， 是一种可以替代普通 柴油使用的环保、可 再生能源。
• 发展前景： 生物柴油有改善生态环境、缓解能源消费 压力、含氧量高、降低空气毒性和致癌率 以及生物降解性高等诸多优点, 在我国, 发 展生物柴油具有良好的前景。使用微生物 法生产，具有耗能较少，绿色环保等特点 具有广阔的发展前景。
3、生物产氢
• 起源： 随着环保要求的日益严格和化石能源的日 益短缺, 氢能作为清洁高效的可再生能源受 到人们的普遍重视。汽车尾气是当今世界 尤其是工业化国家最主要的污染源。约 31% 的温室气体CO2 来自于汽车。氢燃烧 时仅产生水, 而不排放CO2, 它是一种比化 石燃料更令人满意的环保型能源。
3、生物产氢
• 产氢藻类：
绿藻可逆 产氢酶光 水解产氢
可逆产氢酶对氧气极为 敏感, 当气相环境中氧 气浓度接近1. 5% 时, 可逆产氢酶迅速失活, 产氢反应立即停止, 所 以直接光水解产氢过程 难以持续进行, 很难发 展成为大规模制氢技术。
直接光水 解产氢
Baidu Nhomakorabea一步法间 接光水解 产氢
3、生物产氢
• 一步法间接光水解制氢可以实现O2和H2 的产生 在时间和空间上的分离。绿藻在不含硫培养基中, 光合作用放氢能力逐渐降低到小于呼吸作用的耗 氧能力, 使藻液保持厌氧状态, 产氢酶表达水平提 高, 放氢时间延长, 氢产量随之提高。 • 间接光水解产氢的工艺路线, 主要是Gr eenbaw n 提出的一步法间接光水解产氢工艺。将藻细胞悬 浮在无硫培养基中, 厌氧条件下3h 诱导可逆产氢 酶的表达, 然后光照下绿藻细胞为了维持自身生命 活动, 消耗体内营养物质, 产生的电子通过电子传 递链到可逆产氢酶还原质子产氢, 得到的气体含有 H2 , O2 , CO2 , 该方法不能使氢气、氧气的产生 完全分离。
2、生物柴油
•工程微藻生产：
利用工程微藻生产柴油, 其优越 性在于:微藻生产能力高, 用海 水作为天然培养基可节约农业 资源;比陆生植物单产油脂高出 几十倍;生产的生物柴油不含硫, 燃烧时不排放有毒有害气体, 排 人环境中也可被微生物降解, 不 污染环境。通过选取产油量较 高的藻种，使之最大限度的再 光照条件下培养，随着藻类的 生长，其会在细胞壁内储存油 脂，使用各种方法收集藻类细 胞后，使用化学溶剂将细胞溶 解，杀死藻类并释放出油脂。
2、生物柴油
• 生物酶法分解废餐饮 油脂： 将餐饮企业费餐饮用 油、泔水等，集中到 一起，使用以嗜热丝 抱菌、米黑毛酶、南 极假丝酵母的固定化 脂肪酶及其微生物细 胞为催化剂, 用3 ~ 4 级酶反应连续转酶生 产所需的生物柴油。
2、生物柴油
• 发展趋势及存在问题： 我国生物柴油起步较晚，现存在问题较多： 原料供应体系并未建立，原料的收集较成 问题；分销渠道并不完全；生物柴油获得 人民支持较少，未有广泛的人民群众基础。 微生物生物柴油成本过高，且高产油微藻 和菌株较难筛选。
L/O/G/O
微生物生物能源 发展现状及趋势
谢晨庚 卢蕴达 苏庆东 赵玉盛
• 生物质是指由植物、动物或微生物生命体 所合成得到的物质的总称。 • 以生物质替代化石资源发展化学工业是人 类可持续发展的必经之路.
生物 产氢
生物 能源 生物 乙醇 生物 柴油
1、生物乙醇
• 起源：巴西 美国
1、生物乙醇
• 生产流程及原理： 玉米、小麦、 薯类、木薯 催化酶 等多糖类植 物
淀粉转化 为单糖
发酵罐 酵母
水+乙醇
蒸馏
乙醇（可直接燃 烧或与汽油混合 使用）
副产物：水+ 二氧化碳
1、生物乙醇
• 发展趋势及存在问题 现阶段生物乙醇的原料主要为所在国的特产作物， 目前世界生物乙醇生产量最高的国家为美国，依 靠联邦政府年56.8亿美元的补贴，生物乙醇已占 美国年能源消耗的2%左右，而巴西等国也使用木 薯等高淀粉植物生产生物乙醇。 现阶段的主要问题为：玉米乙醇的生产需要消耗 大量玉米，这给各国的粮食安全造成了重大的威 胁，且乙醇的热值为汽油的2/3，全部的玉米投入 乙醇的生产也不能满足基本能源需求；蒸馏过程 中也需要耗费大量能源，并不是环境友好型的生 物能源。
红色硫细 菌
螺旋菌
Rhodoba cter cap sulata
Rhodoba cter sp haeroide s
3、生物产氢
• 外源性有机物通过EMP、TCA 循环生成 ATP、质子、CO2 以及像琥珀酸一类的电 子供体. 电子供体将电子传递给胞内的电子 传递链, 低能态的电子在光反应中心受到光 的激发生成高能态的电子. 高能态的电子一 部分离开电子传递链被传给铁氧还蛋白, 铁 氧还蛋白则又将电子传给固氮酶. 另一部分 的电子则在电子传递链内传递, 并生成ATP. 固氮酶则利用ATP、质子和电子生产氢气. 氢酶则主要起吸氢作用, 以回收部分能量.
3、生物产氢
• 目前全世界5.2 亿车辆中 有93%使用汽油、柴油等 化石燃料, 由于化石燃料 已经短缺, 有人估计最多 只能再使用200年。而氢 气是可再生的,随着产氢技 术的不断发展, 氢将成为 取之不尽用之不竭的燃料。
3、生物产氢
•产氢细菌：
厌氧光营 养细菌
绿硫细菌
绿色非硫 细菌
红色非硫 细菌