能源生物技术

1、22200000000 2011级生物科学 李淼 （一）、什么是生物能源？ 生物能源是指通过生物的活动，将生物质、 水或其他无机物转化为沼气、氢气等可燃 气体或乙醇、油脂类可燃液体为载体的可 再生能源。 洁净新能源有绿色能源之称，它的最大特 点是燃烧或使用后不造成环境污染，有利 于维持生态平衡。 生物能源 1、燃料酒精 酒精，是由玉米、小麦、薯类、糖蜜等为原料， 经液化糖化、发酵、蒸馏而制成。 燃料酒精根据生产原料可分为：糖类、谷物淀 粉类、纤维素类。 巴西从一九七五年开始实施“酒精替代计划”， 目前每年生产约四十亿加仑乙醇，已使温室气 体排放减少了百分之二十；美国于一九九二年 开始鼓励使用乙

2、醇作新配方汽油的充氧剂，大 大促进了美国燃料乙醇的生产；日本也从一九 八三年开始实施燃料乙醇的开发计划，重点开 发用农、林废物等未利用资源直接发酵生产乙 醇的技术。 优点 1、乙醇燃烧的比汽油干净 2、乙醇是燃油的增氧剂，使汽油增加内氧，充 分燃烧，达到节能和环保的目的；乙醇还可以 经济有效的降低芳烃、烯烃含量，即降低炼油 厂的改造费用，达到新汽油标准。 由于生产乙醇燃料需要大量谷物或甘蔗，农民 将不得不限制其他农作物生产以满足需求。 这也意味着生产这种燃料需要付出更高成本。 此外，由于产量有限，乙醇燃料目前只能满 足很小一部分能源需求。 缺点 2、生物柴油 是指以油料作物如大豆、油菜、棉、棕

3、榈等， 野生油料植物和工程微藻等水生植物油脂以及 动物油脂、餐饮垃圾油等为原料油通过酯交换 工艺制成的可代替石化柴油的再生性柴油燃料。 特点 1）能达到欧洲2号排放（GB252-2000)标准； 2）密度比水小，相对密度在0.74240.8886之间； 3）稳定性好，长期保存不会变质； 4）优良的环保特性：硫含量低，二氧化硫和硫化物的排放 低、生物柴油的生物降解性高达98%，降解速率是普通柴油 的2倍，可大大减轻意外泄漏时对环境的污染； 5）生物柴油中不含对环境会造成污染的芳香族烷烃，因而 废气对人体损害低于柴油； 6）较好的低温发动机启动性能，无需添加剂冷滤点媃中达到-13； 7) 十六烷值

4、高，燃烧性能好于柴油，燃烧残留物呈中性使发动机机油的使 用寿命加长； 8) 无须改动柴油机，可直接添加使用，同时无需另添设加油设备、储存设 备及人员的特殊技术训练。 9）含水率较高，最大可达30%-45%。水分有利于降低油的黏度、提高稳 定性，但降低了油的热值； 10）以可再生的动物及植物脂肪酸单酯为原料，可减少对石化燃料石油的 需求量和进口量； 11）环境友好，采用生物柴油尾气中有毒有机物排放量仅为十分之一，颗 粒物为普通柴油的20%，一氧化碳和二氧化碳排放量仅为石油柴油的 10%，无硫化物和铅及有毒物的排放； 12）混合生物柴油可将排放含硫物浓度从500PPM（PPM百万分之一）降 低到5

5、PPM； 13）不用更换发动机，而且对发动机有保护作用。 10)pH值低，故贮存装置最好是抗酸腐蚀的材料； 11)具有“老化”倾向，加热不宜超过80，宜避光、避免与空气接触保 存； 12)较好的安全性能：闪点高，运输、储存、使用方面安全。 优点 (1)具有优良的环保特性：生物柴油和石化柴油相比含硫量低，使用后可使二氧化硫和 硫化物排放大大减少。权威数据显示，二氧化硫和硫化物的排放量可降低约30%。 生物柴油不含对环境造成污染的芳香族化合物，燃烧尾气对人体的损害低于石化 柴油，同时具有良好的生物降解特性。和石化柴油相比，柴油车尾气中有毒有机 物排放量仅为10%,颗粒物为20%，二氧化碳和一氧化碳

6、的排放量仅为10%，排放尾 气指标可达到欧洲号和号排放标准。 (2)低温启动性能：和石化柴油相比，生物柴油具有良好的发动机低温启动性能，冷滤 点达到-20。 (3)生物柴油的润滑性能比柴油好：可以降低发动机供油系统和缸套的摩擦损失，增加 发动机的使用寿命，从而间接降低发动机的成本。 (4)具有良好的安全性能：生物柴油的闪点高于石化柴油，它不属于危险燃料，在运输、 储存、使用等方面的优点明显。 (5)具有优良的燃烧性能：生物柴油的十六烷值比柴油高，因此燃料在使用时具有更好 的燃烧抗暴性能，因此可以采用更高压缩比的发动机以提高其热效率。虽然生物 柴油的热值比柴油低，但由于生物柴油中所含的氧元素能促

7、进燃料的燃烧，可以 提高发动机的热效率，这对功率的损失会有一定的弥补作用。 (6)具有可再生性：生物柴油是一种可再生能源，其资源不会像石油、煤炭那样会枯竭。 (7)具有经济性：使用生物柴油的系统投资少，原用柴油的引擎、加油设备、储存设备 和保养设备无需改动。 (8)可调和性：生物柴油可按一定的比例与石化柴油配合使用，可降低油耗，提高动力， 降低尾气污染。 (9)可降解性：生物柴油具有良好的生物降解性，在环境中容易被微生物分解利用。 缺点 一、在国家“不能与粮争地”、“不能与人争粮”、 “不能与人争油”、“不能污染环境”的“四不” 政策下，提炼生物柴油的原料只能用油料作物或者 地沟油，而地沟油的

8、收集是一个难题。据统计，生 物柴油制备成本的75%是原料成本。因此采用廉价 原料及提高转化从而降低成本，是生物柴油能否实 用化的关键。 二、用酯交换方法合成生物柴油有以下缺点： （1）工艺复杂、醇必须过量，后续工艺必须有相应 的醇回收装置，能耗高，设备投入大； （2）色泽深，由于脂肪中不饱和脂肪酸在高温下容 易变质； （3）酯化产物难于回收，回收成本高；生产过程有 废碱液排放。 3、生物制氢 生物制氢是生物质通过气化和微生物催化 脱氢方法制氢，在生理代谢过程中产生分 子氢过程的统称。主要有以下方法： 优点 （二）、优势 第一，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

9、、核能及其他新能源只适用 于发电和供热。 第二，生物燃料是产品上的多样性。能源产品有液态的 生物乙醇和柴油，固态的原型和成型燃料，气态的沼气 等多种能源产品。既可以替代石油、煤炭和天然气，也 可以供热和发电。 第三，生物燃料是原料上的多样性。生物燃料可以利用 作物秸秆、林业加工剩余物、畜禽粪便、食品加工业的 有机废水废渣、城市垃圾，还可利用低质土地种植各种 各样的能源植物。 第四，是生物燃料的“物质性”，可以像石油和煤炭那 样生产塑料、纤维等各种材料以及化工原料等物质性的 产品，形成庞大的生物化工生产体系。这是其他可再生 能源和新能源不可能做到的。 第五，生物燃料的“可循环性”和“环保性”。生

10、物燃料是在 农林和城乡有机废弃物的无害化和资源化过程中生产出来的产 品；生物燃料的全部生命物质均能进入地球的生物学循环，连 释放的二氧化碳也会重新被植物吸收而参与地球的循环，做到 零排放。物质上的永续性、资源上的可循环性是一种现代的先 进生产模式。 第六，生物燃料的“带动性”。生物燃料可以拓展农业生产领 域，带动农村经济发展，增加农民收入；还能促进制造业、建 筑业、汽车等行业发展。在中国等发展生物燃料，还可推进农 业工业化和中小城镇发展，缩小工农差别，具有重要的政治、 经济和社会意义。 第七，生物燃料具有对原油价格的“抑制性”。生物燃料将使 “原油”生产国从目前的20个增加到200个，通过自主

11、生产燃料， 抑制进口石油价格，并减少进口石油花费，使更多的资金能用 于改善人民生活，从根本上解决粮食危机。 第八，生物燃料是创造就业机会和建立内需市场。巴西的经验 表明，在石化行业1个就业岗位，可以在乙醇行业创造152个就 业岗位；石化行业产生1个就业岗位的投资是22万美元，3 燃 料行业仅为1.1万美元。联合国环境计划署发布的“绿色职业” 报告中指出，“到2030年可再生能源产业将创造2040万个就业 机会，其中生物燃料1200万个”。 （三）、数目 由于地球上生物数量巨大，由这些生命物 质排泄和代谢出许多有机质，这些物质所 蕴藏的能量是相当惊人的。根据生物学家 估算，地球上每年生长的生物能

12、总量约 14001800亿吨（干重），相当于目前世界 总能耗的10倍。我国的生物质能也极为丰 富，现在每年农村中的秸秆量约6.5亿吨， 到2010年将达7.26亿吨，相当于5亿吨标煤。 柴薪和林业废弃物数量也很大，林业废弃 物（不包括炭薪林），每年约达3700万m3， 相当于2000万吨标煤。 （四）、地位 随着人类大量使用矿物燃料带来的环境问题日益严重， 各国政府开始关心重视生物质能源的开发利用。虽然各 国的自然条件和技术水平差别很大，对生物质能今后的 利用情况将千差万别，但总的来说，生物质能今后的发 展将不再像最近200多年来一样日渐萎缩，而是重新发挥 重要作用，并在整个一次能源体系中占据

13、稳定的比例和 重要的地位。 欧盟委员会积极推进生物燃料发展，制定了2015年生物 燃料占运输燃料消费总量8%的目标。2011年8月16日，美 国白宫宣布推出一项总额为5.1亿美元的计划，由农业部、 能源部和海军共同投资推动美国生物燃料产业的发展， 此外美国还通过法律手段强制在运输燃料中添加生物燃 料，具体比例是柴油中添加2%的生物柴油，汽油中添加 5%的燃料乙醇。英国政府从2006年起要求生产运输燃油 的能源企业必须有3%的原料是来自可再生资源，并且比 例将逐年提高。据国际能源机构(IEA)的数据，2010年全 球生物燃料日产量为182.2万桶，2011年降至181.9万桶。 微生物与采油技术

14、 （一）生物探测技术 微生物探测技术是利用微生物探测地下油 气位置，是一种有效的直接找油技术，其 原理是利用油井轻烃（C C ）微泡上浮到 土壤表层，会造成表层土壤轻烃氧化菌异 常生长。从而通过微生物技术确定这个异 常发酵区达到预测地下油气层的目的。 82 （二）微生物采油 1、原理 包括微生物在油层中的生长、繁殖和代谢 等生物化学、微生物菌体、微生物营养液、 微生物代谢产物在油层中的运移,以及与岩 石、油、气、水的相互作用引起的岩石、 油、气、水物性的改变 。 2、优点 微生物采油施工简单、成本低，是一种廉 价有效的采油技术，有望成为未来油田开 发后期稳油控水、提高采收率的主要技术 之一。 在世界范围内,经过一次，二次采油两次常 规采油之后的总采收率一般只能占地下原 油的30%40%。遗留在地层的残余油仍然 占60%70%，故如何提高采收率,从地下采 出更多原油,一直是世界上许多国家不断研 究的课题。 展望 生物能源是将可再生的生物质转化为燃料能源，不 但可以弥补石油化石燃料的不足，而且有助于达到 保护生态环境的目的，实现资源一环境一能源的一 体化的社会可持