生物质资源的利用 ppt课件
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什么是生物质？
❖ 现代的生物质产业概念，是指利用可再生的有机物质，包括农作物、树 木等植物及其残体、畜禽粪便、有机废弃物，通过工业加工转化，进行 生物基产品(Biobasedproducts)、生物燃料(Biofuels)和生物能源 (Bioenergy)生产的一种新兴产业。 根据我国生物质资源的特点和技术潜在优势，可以将燃料乙醇、生 物柴油、生物塑料以及沼气发电和固化成型燃烧作为主导产品。 其中，以生物质为源头几乎可以生产出所有的基础有机化工原料， 并且很多产品已经显现出很好的经济性。 目前由生物质资源进行生物炼制，可以生产出几大产品体系：C1体 系主要包括甲烷、甲醇等；C2体系主要包括乙醇、醋酸、乙烯、乙二ຫໍສະໝຸດ Baidu 等；C3体系主要包括乳酸、 丙烯酸、丙二醇等；C4体系主要包括丁二 酸、富马酸、丁二醇等；C5体系主要包括衣康酸、木糖醇等；C6体系 主要包括柠檬酸、山梨醇等。其中一些化学品的生产已在大规模应用， 农用化学品、精细化学品、大宗化学品、药物及高分子材料等领域的工 业化应用也呈现快速增长的趋势。
作为植物生物质的最主要成分的木质素和纤维素每 年以约1640亿吨的速度不断再生，以能量换算，相 当于目前世界石油年产量的15~20倍。
生物质中最值得利用的是木质纤维素，其优 点是： （1）由可降解的葡萄糖组成； （2）生物圈中最丰富的有机物。
木质纤维素特性：
●木质纤维素不溶于水、弱酸和碱性溶液；PH值 中性，可提高系统抗腐蚀性。
酿醋
原 蒸 料 淀 煮 粉 糖 酶 酵 化 母 酒 菌 麸 化 皮 发 、 醋 醋 酵
生物炼制
❖ 生物炼制是利用农业废弃物、植物基淀粉和木质纤 维素材料为原料，生产各种化学品、燃料和生物基 材料。根据近来研究开发的不同情况，生物炼制分 为3种系列：①木质纤维素炼制：用自然界中干的 原材料如含纤维素的生物质和废弃物作原料；②全 谷物炼制：用谷类或玉米作原料；③绿色炼制：用 自然界中湿的生物质如青草、苜蓿、三叶草和未成 熟谷类作原料。生物炼制大幅扩展可再生植物基原 材料的应用，使其成为环境可持续发展的化学和能 源经济转变的手段。
量达
响,但尾气中碳氢化合物、
❖ 到2.7%；如添加10%乙醇,
●木质纤维素比重小、比表面积大，具有优良的 保温、隔热、隔声、绝缘和透气性能。 ●木质纤维素具有优良的柔韧性及分散性，混合后形 成三维网状结构，能提高系统的稳定性、强度、密实 度和均匀度。 ●木质纤维的结构使加工好的预制浆料（干湿料）的 均匀性保持原状稳定并减少系统的收缩和膨胀，使施 工或预制件的精度大大提高。 ●木质纤维具有很强的防冻和防热能力。
❖ 1、可作为新的燃料替代品,减少对 石油的消耗。乙醇作为可再生能源, 可直接作为液体燃料或者同汽油混 合使用,可减少对不可再生能源-石 油的依赖,保障本国能源的安全。
❖ 2、辛烷值高,抗爆性能就好。作为 汽油添加剂,可提高汽油的辛值。通 常车用汽油的辛烷值一般要求90或 93,乙醇的辛烷值可达到111,所以向 汽油中加入燃料乙醇可大大提高汽 油的辛烷值,且乙醇对烷烃类汽油组 分（烷基化油、轻石脑油）辛烷值 调合效应好于烯烃类汽油组分（催 化裂化汽油）和芳烃类汽油组分 （催化重整汽油）,添加乙醇还可以 较为有效地提高汽油的抗爆性。
酶——打开生物质资源宝库的钥匙
大分子 物质
淀粉
纤维素 半纤维素
物理法 化学法
葡萄糖
木质素
生物转化法
物理法和化学法，是通过热裂解、分馏、氧化还原 降解、水解和酸解等方法将纤维素、木质素等大分子生 物质降解成低分子量的碳氢化合物、可燃气体和液体， 直接作为能源或经分离提纯后作为化工原料。
但是，物理法和化学法一般的能耗高、产率低且过 程污染较严重，因此单独使用一般缺乏实用性，往往是 作为生物转化法的辅助手段。
可再生资源及生物质
石油
能源、有机化工原料
生物质
煤 天然气
植物
动物
微生物
绿色植物利用叶绿素通过光合作用把CO2和H2O 转化为葡萄糖，并把光能储存在其中，然后进 一步把葡萄糖聚合淀粉、纤维素、半纤维素木 质素等构成植物本身的物质。
生物质应用的优点： （1） 储量丰富，来源广泛； （2） 清洁，无污染； （3） 节省能源； （4） 可再生，符合可持续发展
❖ 3、作为汽油添加剂,可减 少矿物燃料的应用以及对 大气的污染。乙醇的氧含 量高达34.7%,乙醇可以按 较甲基叔丁基醚（MTBE）
❖ 另外,除了提高汽油的辛烷 值和含氧量，乙醇还能改 善汽车尾气的质量,减轻污 染。一般当汽油中的乙醇
更少的添加量加入汽油中。 的添加量不超过15%时,对
汽油中添加7.7%乙醇,氧含 车辆的行驶性没有明显影
3. 反应条件温和
不需要高温、高压、强酸、强碱等苛刻条件，大多 常温常压下，活性最高。
4. 多样性
目前已发现的酶有2500种，还有2万多种具有催 化作用的微生物，几乎能催化所有的化学反应。
生物质资源利用实例
历史悠久的发酵技术
大约5000年前，我国人民已掌握酿酒、酿醋技术。
酿酒
原 蒸 料 淀 煮 粉 糖 酶 酵 化 母 酒 菌 蒸 化 酒
秸秆的生物炼制
餐厨垃圾炼制生物柴油
可再生能源——
燃料乙醇
❖ 燃料乙醇，一般是指体积浓度达到99.5%以上的无 水乙醇。燃料乙醇是燃烧清洁的高辛烷值燃料。燃 料乙醇是一种可再生能源，可在专用的乙醇发动机 中使用，又可按一定的比例与汽油混合，在不对原 汽油发动机做任何改动的前提下直接使用。使用含 醇汽油可减少汽油消耗量，增加燃料的含氧量，使 燃烧更充分，降低燃烧中的CO等污染物的排放。在 美国和巴西等国家燃料乙醇已得到初步的普及，燃 料乙醇在中国也开始有计划地发展。
生物转化法是利用酶将生物质降解为葡萄糖，然 后转化为各种化学品。因此酶在生物质的应用过程中 的地位不言而喻。
酶催化的特点：
1. 高效性
普通催化剂对化学反应加速一般为104~105倍， 酶对反应的加速作用一般在109~101以上。
2. 专一性
普通催化剂往往对同一类型反应都有催化作用，而 酶只选择催化某个反应并获得特定的产物。
❖ 现代的生物质产业概念，是指利用可再生的有机物质，包括农作物、树 木等植物及其残体、畜禽粪便、有机废弃物，通过工业加工转化，进行 生物基产品(Biobasedproducts)、生物燃料(Biofuels)和生物能源 (Bioenergy)生产的一种新兴产业。 根据我国生物质资源的特点和技术潜在优势，可以将燃料乙醇、生 物柴油、生物塑料以及沼气发电和固化成型燃烧作为主导产品。 其中，以生物质为源头几乎可以生产出所有的基础有机化工原料， 并且很多产品已经显现出很好的经济性。 目前由生物质资源进行生物炼制，可以生产出几大产品体系：C1体 系主要包括甲烷、甲醇等；C2体系主要包括乙醇、醋酸、乙烯、乙二ຫໍສະໝຸດ Baidu 等；C3体系主要包括乳酸、 丙烯酸、丙二醇等；C4体系主要包括丁二 酸、富马酸、丁二醇等；C5体系主要包括衣康酸、木糖醇等；C6体系 主要包括柠檬酸、山梨醇等。其中一些化学品的生产已在大规模应用， 农用化学品、精细化学品、大宗化学品、药物及高分子材料等领域的工 业化应用也呈现快速增长的趋势。
作为植物生物质的最主要成分的木质素和纤维素每 年以约1640亿吨的速度不断再生，以能量换算，相 当于目前世界石油年产量的15~20倍。
生物质中最值得利用的是木质纤维素，其优 点是： （1）由可降解的葡萄糖组成； （2）生物圈中最丰富的有机物。
木质纤维素特性：
●木质纤维素不溶于水、弱酸和碱性溶液；PH值 中性，可提高系统抗腐蚀性。
酿醋
原 蒸 料 淀 煮 粉 糖 酶 酵 化 母 酒 菌 麸 化 皮 发 、 醋 醋 酵
生物炼制
❖ 生物炼制是利用农业废弃物、植物基淀粉和木质纤 维素材料为原料，生产各种化学品、燃料和生物基 材料。根据近来研究开发的不同情况，生物炼制分 为3种系列：①木质纤维素炼制：用自然界中干的 原材料如含纤维素的生物质和废弃物作原料；②全 谷物炼制：用谷类或玉米作原料；③绿色炼制：用 自然界中湿的生物质如青草、苜蓿、三叶草和未成 熟谷类作原料。生物炼制大幅扩展可再生植物基原 材料的应用，使其成为环境可持续发展的化学和能 源经济转变的手段。
量达
响,但尾气中碳氢化合物、
❖ 到2.7%；如添加10%乙醇,
●木质纤维素比重小、比表面积大，具有优良的 保温、隔热、隔声、绝缘和透气性能。 ●木质纤维素具有优良的柔韧性及分散性，混合后形 成三维网状结构，能提高系统的稳定性、强度、密实 度和均匀度。 ●木质纤维的结构使加工好的预制浆料（干湿料）的 均匀性保持原状稳定并减少系统的收缩和膨胀，使施 工或预制件的精度大大提高。 ●木质纤维具有很强的防冻和防热能力。
❖ 1、可作为新的燃料替代品,减少对 石油的消耗。乙醇作为可再生能源, 可直接作为液体燃料或者同汽油混 合使用,可减少对不可再生能源-石 油的依赖,保障本国能源的安全。
❖ 2、辛烷值高,抗爆性能就好。作为 汽油添加剂,可提高汽油的辛值。通 常车用汽油的辛烷值一般要求90或 93,乙醇的辛烷值可达到111,所以向 汽油中加入燃料乙醇可大大提高汽 油的辛烷值,且乙醇对烷烃类汽油组 分（烷基化油、轻石脑油）辛烷值 调合效应好于烯烃类汽油组分（催 化裂化汽油）和芳烃类汽油组分 （催化重整汽油）,添加乙醇还可以 较为有效地提高汽油的抗爆性。
酶——打开生物质资源宝库的钥匙
大分子 物质
淀粉
纤维素 半纤维素
物理法 化学法
葡萄糖
木质素
生物转化法
物理法和化学法，是通过热裂解、分馏、氧化还原 降解、水解和酸解等方法将纤维素、木质素等大分子生 物质降解成低分子量的碳氢化合物、可燃气体和液体， 直接作为能源或经分离提纯后作为化工原料。
但是，物理法和化学法一般的能耗高、产率低且过 程污染较严重，因此单独使用一般缺乏实用性，往往是 作为生物转化法的辅助手段。
可再生资源及生物质
石油
能源、有机化工原料
生物质
煤 天然气
植物
动物
微生物
绿色植物利用叶绿素通过光合作用把CO2和H2O 转化为葡萄糖，并把光能储存在其中，然后进 一步把葡萄糖聚合淀粉、纤维素、半纤维素木 质素等构成植物本身的物质。
生物质应用的优点： （1） 储量丰富，来源广泛； （2） 清洁，无污染； （3） 节省能源； （4） 可再生，符合可持续发展
❖ 3、作为汽油添加剂,可减 少矿物燃料的应用以及对 大气的污染。乙醇的氧含 量高达34.7%,乙醇可以按 较甲基叔丁基醚（MTBE）
❖ 另外,除了提高汽油的辛烷 值和含氧量，乙醇还能改 善汽车尾气的质量,减轻污 染。一般当汽油中的乙醇
更少的添加量加入汽油中。 的添加量不超过15%时,对
汽油中添加7.7%乙醇,氧含 车辆的行驶性没有明显影
3. 反应条件温和
不需要高温、高压、强酸、强碱等苛刻条件，大多 常温常压下，活性最高。
4. 多样性
目前已发现的酶有2500种，还有2万多种具有催 化作用的微生物，几乎能催化所有的化学反应。
生物质资源利用实例
历史悠久的发酵技术
大约5000年前，我国人民已掌握酿酒、酿醋技术。
酿酒
原 蒸 料 淀 煮 粉 糖 酶 酵 化 母 酒 菌 蒸 化 酒
秸秆的生物炼制
餐厨垃圾炼制生物柴油
可再生能源——
燃料乙醇
❖ 燃料乙醇，一般是指体积浓度达到99.5%以上的无 水乙醇。燃料乙醇是燃烧清洁的高辛烷值燃料。燃 料乙醇是一种可再生能源，可在专用的乙醇发动机 中使用，又可按一定的比例与汽油混合，在不对原 汽油发动机做任何改动的前提下直接使用。使用含 醇汽油可减少汽油消耗量，增加燃料的含氧量，使 燃烧更充分，降低燃烧中的CO等污染物的排放。在 美国和巴西等国家燃料乙醇已得到初步的普及，燃 料乙醇在中国也开始有计划地发展。
生物转化法是利用酶将生物质降解为葡萄糖，然 后转化为各种化学品。因此酶在生物质的应用过程中 的地位不言而喻。
酶催化的特点：
1. 高效性
普通催化剂对化学反应加速一般为104~105倍， 酶对反应的加速作用一般在109~101以上。
2. 专一性
普通催化剂往往对同一类型反应都有催化作用，而 酶只选择催化某个反应并获得特定的产物。