生物技术在能源开发中的应用.doc

贵州大学2011 - 2012学年第二学期考查卷生物技术导论注意事项：1. 请学生按要求在课程论文封面填写学院、专业、班级、学号和姓名。2. 请从15个课程论文题目中，选择1个论文题目进行撰写。3. 不要乱写乱画，不要撰写无关的内容。4. 满分100分，完成时间为1个月。选择题目 总 分评分人得 分1. 我国生物技术的发展与应用展望2. 植物基因工程的研究与进展3. 我国植物组织培养的研究现状及趋势4. 中国传统发酵食品现状与进展5. 国内发酵肉制品研究进展6. 酶分子定向进化的研究及应用7. 蛋白质组学技术研究进展8. 农业生物技术及其产业的发展现状9. 生物技术在食品工业中的应用10. 基因治疗的研究应用及进展11. 人类基因组计划的回顾与展望12. 生物技术在能源开发中的应用13. 环境生物技术的应用及发展前景14. 我国生物技术专利保护的现状及对策15. 论生物技术产业发展的安全风险学 院： 机械工程学院 专 业：机械设计制造及其自动化班 级： 机自112 学 号： 1108030182 学生姓名： 赵 南 年 月 日生物技术在能源开发中的应用赵南 1108030182 机自112（贵州大学机械工程学院，贵州 贵阳 550025）摘要：当今人类社会的发展是建立在消耗巨大能源基础上的。人类的长期稳定发展必须寄托于可再生能源。地球上的化石燃料是有限的，总有一天会枯竭，人类应未雨绸缪，利用现代科技发展生物能源，是解决未来能源问题的一条重要出路。生物能源是指从生物质得到的能源，是一种清洁、高效的可再生能源，开发和使用生物能源，符合可持续的科学发展观和循环经济的理念。当前生物能源的主要形式有沼气、生物制氢、生物柴油和燃料乙醇。生物能源的制备离不开微生物，利用生物技术尤其是基因工程改良相关微生物，势必能够提高生物能源的开发利用。关键词：生物技术，生物能源，能源开发利用，新能源，生物科学目前，能源危机是当今人类已经陷入急需摆脱的困境，人类的长期稳定发展必须寄托于可再生能源。随着全球能源需求不断扩大,寻求可以替代石油在能源结构中占主导地位的可再生清洁能源是目前普遍关注的热点。我国是一个人口大国，又是一个经济迅速发展的国家，21世纪将面临着经济增长和环境保护的双重压力。因此改变能源生产和消费方式,开发利用生物质能等可再生的清洁能源资源对建立可持续的能源系统， 促进国民经济发展和环境保护具有重大意义，通过生物技术来开发可再生的生物能源，将成为二十一世纪的重要课题之一。能源是社会发展的重要保证物质，生物质能源具有绿色和可再生性，发展生物质能被认为是解决全球能源危机的最理想途径之一,能源发展关乎整个世界全人类的未来发展，随着当今生物技术的发展，相信在不就的将来，生物技术新能源将会取代传统的化石能源，生物技术在能源上的运用，不仅为人类寻找能源开辟新道路，也缓解了对石化能源的需求和依赖，也改变了人们的生活习惯，它促进了能源的多极化，为我们生活带来更多的清洁，为人们的美好生活奠定了基础，也彻底的摆脱能源危机的困境，所以，解决未来的能源问题将离不开现代生物技术！下面就生物技术与能源开发做一简单介绍：一、生物技术在能源开发上的特点生物技术在能源开发上的主要特点：一是以可再生的生物资源为主要原料，可充分利用工农业废料，不受资源贫乏的困扰；二是生物技术产业常在常温常压下进行生产，从而节省了大量的能源二、我国拥有丰富的生物质能源我国拥有相当可观的生物质能源。每年有7亿多吨作物秸秆、2亿多万吨林地废弃物、25亿多吨畜禽粪便及大量有机废物，以及1亿多公顷不适宜开垦为农田但可种植高抗逆性能源植物的边际性土地。这些农林废弃物和边际性土地，对生物质产业而言，是一笔相当宝贵的资源。就总资源量，农林废弃物可年产出8亿吨标煤能量，这些生物质只要能开发一半，就相当于为我国挖掘了一个“大庆油田”。三、生物能源的主要形式传统生物质能源利用是古来就有的，它伴随着人类一路走来,在人类文明发展中有着不可替代的重要作用。自从发现化石能源煤炭和石油后,传统生物质能源才逐渐被化石能源所取代。然而传统的生物质能源利用，无非就是直接焚烧,这种方法能效低、产生较多的污染物，在发达地区已经不再提倡使用。现代生物质能源开发利用指的是借助热化学、生物化学等手段，通过一系列先进的转换技术，生产出固、液、气等高品位能源来代替化石燃料，进而为人类生产、生活提供电力、交通燃料、热能、燃气等终端能源产品。生物能源具有可再生的特点，有可能成为传统能源的最佳替代品。当前产业化较为成熟的现代生物质能源技术主要包括、生物制氢、生物柴油和燃料乙醇技术、生物柴油技术以及沼气技术等。下面分别论述几种生物质能源的发展和趋势，也分别介绍三种技术领域的一些工艺。（一）燃料乙醇燃料乙醇是目前世界上生产规模最大的一种可再生生物能源，通过微生物发酵而成，乙醇俗称酒精，以一定的比例掺入汽油可作为汽车的燃料，不但能代替部分汽油，而且排放的尾气更清洁。我国的燃料乙醇生产已经形成规模，主要燃料乙醇主要原料有甜高粱、玉米、木薯、海藻、雅津 糖芋、苦配巴树等。燃料乙醇可作为新的燃料替代品,可减少对不可再生能源石油的依赖,保障本国能源的安全另外，若向汽油中加入燃料乙醇可大大提高汽油的辛烷值，可以有效的提高汽油的抗爆性。燃料乙醇的应用还可以减少对矿物燃料的应用从而减少对大气的污染。燃料乙醇的生产工艺主要是发酵法生产乙醇，然后乙醇脱水制得燃料乙醇。 1998年我国开始推广乙醇汽油，“十一五”期间我国大力鼓励发展非粮食作物为原料开发燃料乙醇。 现在随着技术发展，可用作制取乙醇的非粮原料在纤维素和其他原料技术上也有相应的进步。在实验室条件下，通过微生物发酵过程，建立了海带生产乙醇的工艺流程，并对影响因素及其控制进行了研究。实验结果表明，海带通过发酵过程能使部分碳水化合物转变为乙醇，控制温度3O35、pH 值为67和发酵时间67d，可以获得最大的乙醇产率，对开辟新的海藻生物能源具有一定的实践意义。海藻是一种进行光合作用的海洋生物，它们将阳光、水和二氧化碳转变成为藻类的生物质，这使许多藻类富含碳水化合物，而碳水化合物是生产生物能源的基本原料。海洋占地球面积约 70，海洋藻类资源极为丰富，大型海藻为生物能源产业化提供了取之不尽、用之不竭的物质来源。海带类海藻植物在我国沿海的分布非常广泛，目前我国海带年产量占了全球年产量的 95%。海带类海藻在总量上具有明显的优势，海藻的养殖不占用土地，我国 近岸海域可为海带的养殖提供辽阔的空间，海带发酵生产乙醇的同时，还产出在工业上有广泛用途的丙三醇(甘油)等副产品， 海带提取乙醇后的残渣还可以进一 步综合利用，如通过厌氧消化产生甲烷，甲烷可以用来发电，为海带发酵生产乙醇过程提供所需要的全部能量，实现二氧化碳的零排放。因此，利用海带发酵生产乙醇生物能源，不仅具有减少二氧化碳排放的环境意义，同时在经济上也会产生较大的效益。海洋生物能源在某种意义上来说给我提供了大量的原材料，而且它们具有很高的生物经济价值。因此我们在开发利用各种新能源过程中，一定要注意对海洋生物能源的充分利用。（二）生物柴油生物柴油是利用生物酶将植物油或其他油脂分解后得到的液体燃料，其物化性能与石化柴油相近，可以直接代替石化柴油或与普通石化柴油以一定比例互溶代替石化柴油使用而得名，是一种清洁可再生能源，作为柴油的替代品更加环保。生物柴油是 典型“绿色能源”，。从近期看，我国生物柴油原料主要是废弃油脂或非食用油脂为主，比如地沟油、酸化油、动物脂肪等，从长期发展来看，我国生物柴油原料将以木本植物油，甚至以藻类等为主.，微藻生物柴油主要是选育快速生长和高脂质含量的微藻,优化培养条件和工艺,在光生物反应器工程中充分利用生物炼油厂的理念和发展,采用大规模生产来降低生产成本。此外,生产低成本的微藻生物柴油的主要途径是 通过遗传和代谢工程改善藻类生物,大幅提高其生长速度和脂质产量。生物柴油技术的工艺评价微藻生物柴油是唯一能满足全球需求的可再生的生物柴油,具有诸多优点,完全有可能取代来自石油液体燃料。 （三）沼气沼气是由作物秸秆、树木落叶、人畜粪便、工业有机废物和废水等有机物质在厌氧环境中，经微生物发酵作用生成的一种可燃混合气体。主要成分是可燃的甲烷。沼气的推广使用节约了资源，保护了环境，也提高了农民的生活质量。是一种清洁、高效的可再生能源。经过多年的研究开发。目前，我国的农村户用沼气技术逐步成熟。在建池方面，目前广泛采用混凝土现浇施工工艺，组装式沼气池正在发展，而且通过专业化施工，由经过专门培训的技术人员和施工队建池，保证沼气池使用寿命达到20年以上。在池型方面，已经研究出适应不同原料、不同气候、不同使用条件的标准化系列池型。在使用管理方面，开发出了各种方便实用的进出料装置和工具，由大进料大出料发展到随时进料自动或半自动出料，使沼气池的使用管理变得简单易行。在综合利用方面，优化和完善了我国南方“猪沼果”、北方“四位一体”、西北“五配套”等能源生态模式。 沼气产业规模发展不断扩大。 目前秸秆沼气集中供气技术已在全国100多个村进行示范推广，效果较好。沼气的几种模式设计是遵循了因地制宜的原则，在使用过程中具有可实施性，但是仍要注意一些问题，如原料不足，原料过剩，工程建设的技术和质量 问题，以及建成后的使用过程中要注意日常维护。沼气技术使用时要注重沼气综合利用，实现农业资源多层次、多方位利用并形成良性循环，最终才能达到能源 效益、经济效益、生态效益和社会效益的统一。（四）氢气氢气的燃烧产物只有水，因此，氢气是最清洁的能源。氢气可以利用生物质通过微生物发酵得到，这一过程被称为生物制氢。目前，我国科学家已获得了能高效产氢的微生物，可以小规模的进行生物制氢。发展生物制氢技术，也是为发展新能源提供技术储备四、微生物与生物能源微生物将在生物能源领域扮演重要的角色，一些微生物也能合成油脂，深入研究和利用这些微生物可以解决生物柴油的制备和原料问题。比如微生物发酵秸秆、禽畜粪等有机物产生的混合气体主要成分是可燃的甲烷；酵母发酵产生乙醇；目前我国科学家已获得了能高效产氢的微生物，可以小规模的进行生物制氢。由此可见，生物能源的制备离不开微生物，利用生物技术尤其是基因工程改良相关微生物，势必能够提高生物能源的开发利用。五、生物能源的发展趋势数百年来，在燃料王国里唱“主角”的都是远古时代的动植物生成的煤和石油，多少年，人类一向都是依赖于节制地开发利用煤、石油、天然气等不可再生的化石燃料来发展文明，但它也给人类带来了沉痛的教训：奢侈的资源浪费,过低的能源利用率和不可容忍的环境污染。今天，化石能源使用过程中排放的温室气体破坏着人类的生存环境，二氧化碳积聚破坏了大气的臭氧层，全球气候变暖、气候异常带来地球更多的自然灾害。同时，地球上的化石燃料不是无限的，在人类的不断开采利用下，即将面临枯竭，这是何等严重的一个问题啊！在如此严峻的形势下，发展生物能源就成了必然之路。发展生物能源是农业大国和“缺油多煤”资源现状化短为长的最佳契机，也是保护地球环境的有效途径之一，用生物质能，与使用化石能源相比，可大幅度减少二氧化碳排放。在现在科技水平，工业水平高度发展的今天，发展生物能源更是今天解决能源短缺问题必然道路，而且有广阔的发展空间，它最有可能成为21世纪主要的新能源之一。目前，生物质能的利用占世界总能耗的14%，相当于12.57亿吨石油。在发展中国家，生物质能占总能耗的35%，相当于11.88亿吨石油。目前全世界仍有25亿人口用生物质能做饭，取暖和照明。但是生物质利用总量还不到其生产总量的1%。总体来说，生物质开发力度还很小，未来发展潜力十分巨大。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。据我国专家估计，未来30年，我国至少可发展20亿吨生物能源，加上核能、水能、风能、太阳能、地热能开发以及传统的化石能源和发展各种节能技术，我国的能源供应将足以支持我国社会经济高速而持续的发展。发展生物技