发酵论文完整版本

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1、生物能源发展现状及展望朱见深生物工程班20123045摘要：伴随着化石能源的即将枯竭，发展生物能源是必然的。发展生物能源有利于环境的保护，有利于经 济结构的合理化。本文将对几种形式的生物能源的发展现状进行描述以及生物能源未来的发展进行展望 关键词：生物能源；生物质能；生物柴油；生物制氢；沼气发酵BioenergyAbstract： With the exhaustion of fossil energy, the development of bioenergy is inevitable. The development of bioenergy isconducive to the pro

2、tection of the environments conducive tothe rationalization of economic structure. In this paper, we will describe the development of several types of bioenergy and the future development of bioenergy.Keyword: Bioenergy ； biomass energy ； Biodiesel biological hydrogen production ； Biogas fermentatio

3、n生物能源(Bioenergy)，是既不同于常规的矿物能源，又有别于其他新能源，兼有两者的特点和优势，是 人类最主要的可再生能源之一。生物能源是指利用生物可再生原料以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。石油是“工业的血液”，也是现代社会生存和发展的物质基础。地球上的石油储备有限，目前大规模的石 油开发，不仅使地球上的石油资源日益枯竭，而且在大量使用石油的同时给环境带来很大很大的破坏。因 此，寻找绿色可持续发展能源成了世界各国的当务之急。化石能源的即将枯竭与它带来的环境破坏让我们 看到发展生物能源的必要性

4、。生物能源现在对经济与社会发展的贡献还非常小，但将来的贡献会越来越大，尤其对于推动我国农村经 济的发展，发展生物能源不仅可以解决农村资源浪费的现象，大量利用农村的土地，也可以增加农村人口 就业的机会，改善农村经济结构，提高农民收入。这是发展生物能源的重要性。另外生物能源优势多多，拿生物能源中的生物燃料来说，生物燃料是唯一能大规模替代石油燃料的能 源产品，而水能、风能、太阳能、核能及其他新能源只适用于发电和供热。生物燃料原料选择上具有多样 性，可以利用作物秸秆、林业加工剩余物、畜禽粪便、有机废水废渣、城市垃圾。另外它还具有“可循环 性”方面的优势。1. 生物能源的发展现状作为一种可再生资源，生物

5、能源具有能量密度低、不便存储或运输、季节性差异显著、地带性 强等特点，且需要一个中介的能量系统以连接新的初始能源和能量消耗装置。生物质转化技术主要分 为直接燃烧技术、热化学转化和生物化学转化。化学转化根据生物能源的形态可分为气化、液化和 固化技术。中国研究较多的有沼气工程技术、热解气化技术和城镇有机废物处理技术。国外生物质能 的开发具有以下几个特点：1）原料以木质素为主；2）系统地开发潜在的能源植物；3）生物质发电技术成 熟，设备规模大；4）重视燃料酒精开发。生物能源的开发涉及到多个领域，包括农业、化工、生物、环 境、能源等。由于生物能源的转化以化学（热化学和生物化学）转化为主，因此化学工程在

6、生物能源 的开发中占有相当的份量。例如，乙醇生产的发酵技术和节能浓缩需要新型的膜技术、反应萃取精馏、 生物质裂解的催化技术、反应器设计以及生态工业园规划的化工系统工程设计。2. 多姿多彩的生物能源2.1生物质能2.1.1生物质能指的是利用自然界的可再生或可循环的生物有机质，包括所以的植物及残体、动物粪 便、各种生物有机废弃物转化成的能源。能够作为能源而被利用的生物质能则统称为生物质能源，它 是仅次于煤炭、石油、天然气的第四大能源，在整个能源系统中占重要地位。生物燃料的概念是在20 世纪70年代第一次石油危机之后提出来的，它属于生物能源，直接或间接的来源于植物的光合作用 通过生物质能转换技术可以

7、高效地利用生物质能源，生产各种清洁燃料，代替化石燃料，从而保护国 家能源资源。随意开发利用生物质可再生资源是十分必要的。2.1.2生物质能源的开发与利用是把各种生物质原料通过不同的途径转化为高附加值的生物质能源、 生物燃料、生物材料、石油产品代替品及副产品等环境友好产品（图2.1-1）。2.2生物柴油2.2.1生物柴油是清洁的可再生资源，是以大豆和油菜籽等油料作物、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、废餐饮油（地沟油）等各种油脂为原料，经过转脂化加工处 理后生产出的一种液体燃料，是优质石化柴油的代用品。生物柴油对环境友好而且对发动机有保护作 用。与石化柴油相比，生

8、物柴油具有优良的环境保护性、生物降解性以及可再生性，不易挥发，无怪 味等优点，而且对发动机具有保护作用。2.2.2发展生物柴油产业的关键是原料表1国际主要原料2.2.3生物柴油的制备原理CH2-OOC_RCH3-OOC_R1CH OHCh OOCR2 + 3CH3OHA CH3OOCR2+ ChOHCh2- ooc r3ch3- ooc- r3Ch2- oh三甘酯甲醇脂肪酸甲酯甘油2.3生物炼制2.3.1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：木质纤维素炼制：用自然界 中干的原材料如含纤维

9、素的生物质和废弃物作原料；全谷物炼制：用谷类或玉米作原料；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。2.3.2生物炼制过程生物质成份分离理水化合物乙醇.己烯R淀粉I木成素热化学平台生物合成气生物炼制细胞工纤维素L糖平台果糖,木糖阿打伯h2.甲烷混合醇乳酸、甘油丙烯酸3-羟基丙酸富马酸丁二酸夭冬氨酸苹果酸衣康酸乙酰丙酸柠撤酸葡萄糖酸山梨醇2.4生物制氢 2.4.1生物制氢技术的基本原理与方法制氢的方法包括化石能源制氢、电解水制氢、生物制氢、热解制氢等。其中，生物制氢具有节能

10、、 清洁、原料来源丰富、反应条件温和、能耗低和不消耗矿物资源等优点。广义地讲，生物制氢是指所 有利用生物产生氢气的方法，包括微生物产氢和生物质气化热解产氢等。狭义地讲，生物制氢仅指微 生物产氢，包括光合细菌（或藻类）产氢和厌氧细菌发酵产氢等。本文只讨论狭义上理解的生物制氢， 这也是利用生物制氢的主要研究方向。迄今为止一般采用的方法有：光合生物产氢，发酵细菌产氢，光合生物与发酵细菌的混合培养产氢。各种生物制氢方法有不同的特点。生物制氢方法产氢效率转化底物类型转化底物效率环境友好程度光解水制氢慢水低需要光，对环境无污染光发酵制较快小分子有机酸、醇类物质较高可利用各种有机废水制氢，制氢过程需要光照暗

11、发葡萄糖、淀粉、纤维可利用各种工农业废弃物制酵制素等碳水化合物氢，发酵废液在排放前需处理生物制氢方法的比较2.5沼气发酵2.5. 1沼气是有机物质在厌氧环境中，在一定的温度、湿度、酸碱度等条件下，通过微生物发酵作用，产 生的一种可燃气体。由于这种气体最初是在沼泽、湖泊、池塘中发现的，所以称作沼气（biogas，marsh gas， sludge gas）。沼气发酵又称为厌氧消化、厌氧发酵，是指有机物质（如人畜家禽粪便、秸秆、杂草等） 在一定的水分、温度和厌氧条件下，通过各类微生物的分解代谢，最终形成甲烷和二氧化碳等可燃性混合 气体（沼气）的过程。2.5.2沼气发酵的基本过程植物精秆、A 畜粪便

12、，泣圾 或其他有机质废弃物多精脂肪耽成叙基酸 脂肪酸和甘油低甄择发性脂 肪酸、醉类、中二莪化碟，秘、液化阶段性化合物.氢、二氧化碟等产酸阶段甲烷二甄化碟产甲烷阶段不产甲燃阶段沼气发酵的三个阶段3. 未来生物能源的发展我国展望国务院近日印发生物产业发展规划，规划明确生物产业是国家确定的一项战略性新兴产业，生 物能源和生物环保产业将获长足发展。规划要求，开辟多元途径，促进生物能源商业化发展。加大新 一代生物液体燃料开发力度，促进生物燃气和成型燃料的商业化应用，因地制宜加快生物质发电产业发展， 加强工艺应用，发展壮大生物环保产业2013-2015年，生物环保产业产值年均增长15%以上，到2015年，

13、生物环保产业年产值达到1500亿 元。到2015年，生物服务产业年产值达到1500亿元，培育一批具有国际先进水平的生物服务大型企业。4由预测可知，随着社会的发展，传统利用生物质能的比例将越来越少，到2050年，农村生物质能的 利用中传统利用方法不到1%，但是，生物质能的现代化利用技术的比例将越来越高，到2050年可能达到 农村总能耗的13%。另外，从预测中可以看出天然生物质能在农村能源的比例随时间推移将越来越少，从 30%降到13.7%左右，但是不管那个时期，也不管那个方案，生物质能在农村能源中的比例都很大（高于 14%），而且是最主要的可再生能源（占可再生能源的50%以上），这可以充分说明生

14、物质能在今后几十年内 在我国农村能源，甚至于我国能源体系的重要地位。世界进展合成生物学的发展，诵过基于系统生物学原理的计算机辅助人工设计与次生代谢链的酶系统基因合成、 代谢工程技术将富油生物进行基因工程改造成能够使生物柴油高产量与分泌的转基因生物，从而实现规模 化利用太阳能的生物能源产业，美国著名的文特尔私立研究所已经获得几亿美元的投资，一旦成功产业化， 将带来石油与汽车工业的技术变革。4. 结语随着人们对生物能源的认识不断加深、政府扶持力度的加大和研究的深入，居于中国能源消费第四位的 生物能源将在21世纪得到大力发展，也将为化学工程这一古老学科的发展注入新的活力，推动化学工业 的发展。参考文献1峰慧根.应用微生物.科学出版社.2013年9月第一版.2622682微生物资源与应用.东南大学出版社.2008年6月第一版3刘凯 生物炼制PPT4刘丽英.生物柴油、沼气发酵PPT5Chantal Bergeron， Danielle Julie Carrier， Shri Ramaswamy. Biorefinery Co-Products2013.16杨艳，面向21世纪的生物能源2002年5月22日