微生物与能源1资料

淀粉或糖类为原料：理想，但成本高 木质纤维素：纤维素、半纤维素、木质素
酸解或酶解 五碳糖和六碳糖 发酵成乙醇
1.乙醇糖发酵原理
酵母菌在厌氧条件下可发酵己糖形成乙醇，其生 化过程主要由两个阶段组成。
第一阶段葡萄糖通过糖酵解途径(EMP途径)分解成 丙酮酸。
第二阶段丙酮酸由脱羧酶催化生成乙醛和二氧化 碳，乙醛进一步被还原成乙醇。葡萄糖发酵成乙 醇的总反应式为： C6H12O6→2C2H5OH+2CO2+能量
能源危机
无论是煤炭、石油还是天然气，作为 不可再生的天然的化石能源，其资源总量 是有限的。据测算，以目前的开采速率， 这三种天然一次能源的供应，石油还能维 持约40年，天然气(常规)约65年，煤炭 250～300年。
源自文库 生物能源
生物能源是指利用生物可再生原料及太阳能生产 的能源,包括生物质能、生物液体燃料及利用生物 质生产的能源如燃料酒精、生物柴油、生物质气 化及液化燃料、生物制氢等。
微生物生产乙醇
石油是当今世界最主要的能源，但是它是 一种不可再生的化石燃料。
乙醇很可能是未来的石油替代物。
乙醇用作燃料，具有许多优点，主要是：
①产能效率高。
②污染程度轻，在燃烧期间 不产生有毒的CO。 ③可通过微生物发酵大量生产，成本相对较低。
④用作发酵的原料较多，而且可以废物利用，如 农作物秸秆、玉米芯、稻草、纤维素、蔗渣、树 叶和杂草等。
(3) 酸和有机溶剂。
微生物产生的酸主要是相对低分子量的有机酸(甲 酸、丙酸) , 也有部分无机酸(硫酸) , 它们能溶解 碳酸盐, 一方面增加孔隙度, 提高渗透率; 另一方 面, 释放二氧化碳, 提高油层压力,降低原油黏度, 提高原油流动能力。
产生的醇、有机酯等有机溶剂, 可以改变岩石表面 性质和原油物理性质, 使吸附在孔隙岩石表面的原 油被释放出来, 并易于采出地面。
能源微生物是指：以甲烷产生菌、乙醇产生菌和 氢气产生菌为代表的能源性微生物。
1.基本原理 2.微生物乙醇 3.微生物甲烷
1.基本原理
1.1微生物的直接作用
微生物在岩石表面上生长繁殖，占据孔隙空间， 用物理的方法驱出石油。
1.2 微生物可改变原油的组成, 使其变成低黏 度的原油
微生物以石油中的正构烷烃作为碳源而生长繁殖, 从而改变原油的碳链组成。
纤维素的酶水解过程和糖的乙醇发酵过程在同一 容器内同时进行。
优点：酶水解产物葡萄糖不断被发酵成乙醇，从 而解除了葡萄糖对纤维素酶的反馈抑制，有利于 酶水解反应的进行，从而提高了糖化和发酵效率； 工艺上采用一步发酵法，简化了工艺，减少设备 投资，生产中能耗低。
微生物产甲烷
沼气的主要成分是甲烷。
(1) 生物表面活性剂。
微生物活性剂组分主要为十六烷酸、十七烷酸和 十八烷酸, 它会降低油水界面压力, 减小水驱油毛 管力。同时生物表面活性剂会改变油藏岩石润湿 性, 从亲油变成亲水, 使吸附在岩石表面上的油膜 脱落, 油藏残余油饱和度降低, 从而提高采收率。
(2) 生物气。
绝大多数微生物在代谢过程中都会产生气体, 如二 氧化碳、氢气、甲烷等, 这些气体都能够使油层部 分增压并降低原油黏度, 提高原油流动能力。溶解 岩石中的碳酸盐, 增加渗透率, 使石油膨胀、体积 增大, 有利于驱出原油, 增加产量。
微生物的增加能大大减少储层、井眼和设备表面 的原油结蜡的温度和压力。
微生物生长时释放出的生物酶,可降解原油, 使原 油碳链断裂, 高碳链原油变为低碳链原油, 使重组 分减少, 轻质组分增加, 凝固点和黏度均可降低, 不仅改善原油在油层中的流动性, 而且会使原油品 质得到改善。
1.3微生物代谢产物可改变驱油环境
另一方面在木糖还原酶作用下产生木糖醇，然后 在木糖醇脱氢酶作用下产生木酮糖进入戊糖途径 产生乙醇。
4.3发酵方式
4.3.1纤维素直接发酵法 4.3.2间接发酵法 4.3.3同步糖化发酵法
4.3.2间接发酵法
首先用纤维素酶将纤维素分解，收集酶解液作为 酵母的基质生产乙醇。
4.3.3同步糖化发酵法
沼气由50％～80％甲烷、20％～40％二氧化碳、 0％～5％氮气、小于1％的氢气、小于0．4％的 氧气与0．1％～3％硫化氢等气体组成 。由于沼 气含有少量硫化氢，所以略带臭味。
其特性与天然气相似。空气中如含有8.6～20.8％ （按体积计）的沼气时,就会形成爆炸性的混合气 体。
甲烷是一种理想的气体燃料，它无色无味，与适 量空气混合后即对燃烧。
(4) 生物聚合物 微生物在油藏高渗透区的生长、繁殖及产生聚合
物, 使其能够有选择地堵塞大孔道,降低水油比。 在水驱中增加水的黏度, 降低水相的流动性, 减少 过早的水淹, 增大扫油效率。 在地层中产生的生物聚合物, 能在高渗透地带控制 流度比, 调整注水油层的吸水剖面, 增大扫油面积, 提高采收率。 微生物注入水驱油层后, 生长繁殖的菌体和代谢产 物与重金属形成沉淀物, 具有高效堵水作用, 封堵 率可达到99% (纯菌体的封堵效果只能达到25% )， 提高原油产量和采收率, 由于封堵了高渗透条带, 还有助于减少注水量。
3.木质纤维素的糖化
分解成甜味产物的过程 。 酸水解 酶水解
4.发酵生产乙醇
4.1纤维素发酵生产乙醇
纤维素经预处理后，释放出的葡萄糖可进入乙醇 发酵途径。
4.2半纤维素发酵生产乙醇
经过预处理以及糖化处理后，半纤维素被水解成 了各种单糖，D-木糖约占90%。
木糖一方面在木糖异构酶作用下产生木酮糖进入 戊糖途径生产乙醇；
2.木质纤维素的预处理
木质纤维素成分复杂且稳定，存在许多物理和化 学的屏障，不能迅速完成酸水解或酶促反应，因 此，必须经过预处理。
方法：物理法；化学法；生物学方法
物理法：降低结晶度，破坏木质素和半纤维素的 结合层。
化学方法：降低结晶度，溶解脱除木质素的作
用。
微生物方法：微生物产生分解木质素酶
每立方米纯甲烷的发热最为 34000焦耳，每立方 米沼气的发热量约为20800－23600焦耳。即1立 方米沼气完全燃烧后，能产生相当于0.7千克无烟 煤提供的热量。与其它燃气相比，其抗爆性能较 好，是一种很好的清洁燃料。