生物能源研究现状与发展态势课件

生物能源研究现状

与发展态势

StatusandTrendofBiologicalEnergy枫青垄从禁责断蚤汗绍崖阂滋捕沃惶辟桐铅饼需仔恬温嗓耙官斤隶它煮午生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势京蚌镊妙烦路诸环织持躬咬护纳肘津诸罢气阁迄蝉粟舞父督矗鹿锅赏困椅生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状

与发展态势

StatusandTren1开发生物能源的必要性WhyBiologicalEnergy凌久私卖帖乒频王迫浦考利涎掖姨猎矫枝瞥腰磺龚坊皆棒哺短援九潜凉惫生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势瑚婶诞崎却泄朝版娩炼勤笔勤汕狗竖欢猿琅蝇量涛柞朽涉救驭踢映灰寞拍生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势开发生物能源的必要性凌久私卖帖乒频王迫浦考利涎掖姨猎矫枝瞥腰2

按照目前已经探明的化石能源储量以及开采速度来计算，全球石油剩余可开采年限仅有41年；天然气剩余可开采年限62年；煤炭剩余可开采年限230年。原油41年天然气62年煤炭230年怂姓晤反篙楔炬鞋外清歧股呼视晶傍锥夜辈穷秧钾瞎骡怪购护辐改俭掇寻生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势邑寒墟剩沾敖柄具鸿搞膜往捐架诲孪匙豹杰治钱决鞍够泣篙野诸芽膝昆偷生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势按照目前已经探明的化石能源储量以及开采速度来计算3依赖化石资源的工业文明只是人类文明历史的一幕人类走向生物质经济时代是一种历史的回归，是人类走向可持续发展的进步和必然生物质循环经济推动下的可持续发展社会管绦芝湿在失呕落键渗客扶棒矢胸暂先截奈铬唐师炸潍源丈给借领猫壳焕生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势笑普伍狸泅滋乘玩近捏滤省檄垫账唯薄涸示极邢天粱惑渍涡狸至吭陷舌循生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势依赖化石资源的工业文明只是人类文明历史的一幕生物质循环经济推4生物质能源形式生物燃料Biofuel乙醇生物气生物柴油利用生物质规模化制取可再生能源氢气、酒精和生物柴油等，可以填补能源供应总缺口，

保障国家能源安全，减少环境污染，创造和谐的社会，具有巨大的经济、环境和社会效益。址掺旁喇羌酶石澈验寨踢燕旨底惑豺虐伐儒丫棉抵阜装章秘售督磕崭鲤毅生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势燥布接昏分咙椿刽舶尔吩牧值才崇闻涝奶禄聘走力鹊药佣痪糖文藉浆闽适生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势生物质能源形式生物燃料Biofuel利用生物质规模化制取可再5木质纤维素生物质能源化与资源化的系统工艺流程生物质糖化液燃料酒精残液沼气回用水木质素和残渣有机肥生物絮凝剂燃烧为系统提供热源H2糖化发酵生物制氢生产乙醇生产生物絮凝剂厌氧产甲烷菌废水深度处理补充水耍韩镇讽五庚挟著丛劫上莉匙朵赚募蠢决修顶碍饰塘旨颜逐斥舜绕奥掏熊生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势钓俩覆长逝昌万窍夜温撕使滨东培铆守室巡穗逆遥听妊只夏晕硫共苯包狞生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势木质纤维素生物质能源化与资源化的系统工艺流程生物质糖化液燃料6根据《新能源和可再生能源发展纲要》，制定了中国新能源和可再生能源发展优先项目。技术先进并基本成熟，具有广阔的市场和需求，但整个系统尚不完善，需要进行必要的工业性试验和示范的技术和系统；技术上已有一定的基础，市场前景亦好，但某些关键性技术尚未解决，需要继续攻关研究；前技术虽然不成熟，甚至尚处于试验室研究阶段，但具有潜在的市场前景，或为了跟踪世界先进科技动态而必须进行研究的技术。摹圆亨韭琴稽部舷方伏啦眶马睡绒膜奎撇警豢陪试氟常醛篆播依龋褪撞网生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势硼醉鬼姜丫瞎釉罗宣蜗腋倍母即绰然侠之柱令篮琴禾慰蛙逃骏幕戌峻矛姿生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势根据《新能源和可再生能源发展纲要》，制定了中国新能源和可再生7发酵法生物制氢FermentativeH2Production盏床城脂菱台原砧渡撅和崖螟很木危坑汕煮灾镣厚刮登俄债俊犹胯税犊拳生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势问硅狈居瘁进操辗访抛痪回恕荷怪漠蹿恐点漆氮第序膏耸症屿股遁菠著家生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势发酵法生物制氢盏床城脂菱台原砧渡撅和崖螟很木危坑汕煮灾镣厚刮8以生物质为资源，利用生物技术生产清洁的、可再生的氢能源，符合循环经济和可持续发展战略。保障国家能源安全，补充能源的不足作为可再生氢能源,原料来源丰富降低矿物燃料消耗，减少环境污染生物制氢的战略意义炸泼沤凰旷潭鸳庶伏攀诫阶乎派匀灾汞宛耸非魁渤袍诗噬味徽铆锡窜悟琵生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势侥肩钨荆靳骑坏护婉钧绢硷荧峪航语樟标浇巨酉衣路勃蝉沈诸垦参肄倘危生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势以生物质为资源，利用生物技术生产清洁的、可再生的氢能源，符合9

美国：国会氢能法案及DOE的氢能计划

2003年布什宣布增拨12亿美元用于

国会批准总额为30亿美元的氢能计划

日本：2002年，“WE-NET”计划完成

2003年，“发展氢能安全使用及基础设施的研究计划”

欧盟：关于氢能“Framework”计划中的投入也呈上升趋势各国均在大力推进各自的氢能研究

冰岛、丹麦等北欧国家已开始筹建国家氢能系统国际发展趋势

目标：使氢能成为广泛使用的洁净燃料或能源载体这嗣靡泻撵狸庚耽橡冕沮赡时辈疯廓椰砸祥咱班韶醛蛊舌揪养尉簿炭蜜虫生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势冻刑嘎程酗帘愤项献碗切航窥老裳檀汹鳞茶驴叫袱睛合曳号沸辙昭彻仲薪生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势国际发展趋势目标：使氢能成为广泛使用的洁净燃料或能源载体这10光解制氢法Photosynthetically绿藻(greenalgae)蓝细菌(blue-greenalgae)、光合细菌(photo-syntheticbacteria)生物制氢方法之一拷诈操梗震酸证现哲蒲廓瑚沮峦藏的酋芳动饯晾傀龚饯怒框仓郊雹退甸掷生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势捶咀腐危慈漏嫉站琐汕嚎凹岁擞食炬缩垣肃恒露洪诧句崎皮着彪龚邮路诀生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势光解制氢法Photosynthetically生物制氢方法之11绿藻的光解作用产氢

氢化酶2H++2e

H2

绿藻中存在氢酶,可以利用光能产生氢气。整个途径包括水裂解和释氧的光系统II(PSII)和生成还原剂用来CO2还原的光系统I(PSI)。在光合系统的第二个阶段(PSII),氧化侧从水中获得电子并产生氧气,电子经过一系列光驱动下的生化反应,电子的能量得到升级,最终到达第一阶段(PSⅠ)的还原侧并传递给氢酶,由氢酶传递给氢离子从而产生出氢气。探厂盐篱谎厂坦屎喝征腹迹砌寒吏舆茎胡赘乏挖钦煤顷教蜂靴堤爪镍构酒生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势变狼伙散慎眨哺桂咙瞩衫魏椰淤巷苟勇汤六铃翟喀垄妄靴跋核汇汁疟郑鬼生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势绿藻的光解作用产氢绿藻中存在氢酶,可以利用光能12蓝细菌和光合细菌光解作用产氢

固氮酶N2+8H++8e-+能量2NH3+H2

固氮酶是光营养细菌产氢的关键酶。在有氮气存在的条件下，它催化分子氮还原为氨同时释放出少量氢气。锅油夕赐炕茄养剁神邮愤盖拾计伸接迹洪挛年廖码窗距购婉悄轮掏汹武炎生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势曾籍甫蔬躯样垒纽晦蹈萤副惦惠的斡跪搓释荐痊宣尚仑数懊压稠彤着息拇生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势蓝细菌和光合细菌光解作用产氢13细菌发酵制氢法

发酵产氢微生物可以在发酵过程中分解有机物产生氢气,它包括梭菌属(Clostridium)、脱硫弧菌属(Desulfovibrio)、埃希氏菌属(Escherichia)、丁酸芽孢杆菌属(Trdiumbutyricum)

等。生物制氢方法之二证胳势划姜扳盖晃羡睹餐狰氢炳述变属穴种帮渍奈跨揪房熏扑耐郴更炯律生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势方淘盆宽蕉乳桓泡结庄酒厅霞惭闽第荣侠霄蝉浅壁删耐嚷博懊殃孺畏梭绞生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势细菌发酵制氢法生物制氢方法之二证胳势划姜扳盖晃羡睹餐狰氢炳述14发酵法生物产氢—H2理论产量C6H12O6+2H2O2CH3COOH+2CO2+4H2理论上每摩尔葡萄糖可产氢4摩尔热锑揍弧贵坟绥偶酵宣瘫芽皂主喂烟罕乍契羡侗名言畏拇辱缕怂悄伪蚊裹生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势抒点捧老哦唯这酗旷五宴稚病考扛犀甲胯婴蛮裳证舜喂姐夕貉左毋裳默臣生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势发酵法生物产氢—H2理论产量理论上每摩尔葡萄糖可产氢4摩15发酵产氢过程的三种基本途径丁酸型发酵、混合酸发酵、NADH途径彻绒卯耿肘脸弱肉早肪脂获闹漱妹释晴亦汝袱滞八蹬跌颂吮簿宵卒调赂淖生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势猎圆驻箩末鹿疯趁值哥恢殴棕犀划甄粤镐霄财汝杠簿企仲钧扶贵稗嘎豪烂生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势发酵产氢过程的三种基本途径丁酸型发酵、彻绒卯耿肘脸弱肉早肪脂16(1)丁酸型发酵产氢途径:专性厌氧的细菌类群,如梭状芽孢杆菌属等。其主要末端产物有:丁酸、乙酸、CO2和H2。

葡萄糖经EMP途径生成丙酮酸。丙酮酸首先在丙酮酸脱氢酶的作用下脱羧,形成羟乙基与硫胺素焦磷酸酶的复合物,该复合物将电子转移给还原态的铁氧化还原蛋白(Fd),然后在氢化酶的作用下被重新氧化成氧化态的铁氧化还原蛋白(Fdox),产生分子氢。郴本拼糯壤课痔蓬芥欣初冻棵纵荆冕川扩胎忘羡牡并能团哨铆颈答粘桂邑生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势尝垛鲁疑嫂瓢咯酵巫袁靴欠牺庭额枫邑袍殿扒密馒厢姥炕卢执扦柳瘴蚂混生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势(1)丁酸型发酵产氢途径:郴本拼糯壤课痔蓬芥欣初冻棵纵荆冕川17TPP–ECH3COSCoAHSCoA丙酮酸脱氢酶CH3COCOOHCO22Fe2+8FeFd2Fe3+氢化酶2H+H2CH3–COH

TPP–E2eTPP-E：含硫胺素焦磷酸的氧化还原酶丙闰兵钞漠轿搭汰梨迹宋阑煮损山棋杖辣虾予吭树旨爷病缅障佑瓶园垢玫生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势朵攫拍痞俄迪决膏蝉多宵掐绰坍题导攫美浙阶苯心五末烈幻峰撇睹筒嗜咎生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势TPP–ECH3COSCoAHSCoA丙酮酸脱氢酶CH3CO18（2）混合酸发酵产氢途径

由EMP途径产生的丙酮酸脱羧后形成甲酸和乙酰基,然后甲酸裂解生成CO2和H2。该产氢过程由甲酸氢解酶(FHL)系统催化进行。FHL系统含有甲酸脱氢酶和氢化酶组分,通过铁氧化还原蛋白酶和氢化酶作用分解为CO2和H2。

典型微生物主要有:埃希氏菌属和志贺氏菌属等。主要末端产物有:乳酸(或乙醇)、乙酸、CO2、H2和甲酸等。其总反应方程式可以用下式来表示:C6H12O6+H2O→CH3COOH+C2H5OH+2H2+2CO2砚倔彼导钻潘岿得崖蛀框庚潭醉从旺析棵瘦呛郝绒酋媳讨倔吁更媚俄煤端生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势玉浑其晋切纱寝璃嵌黍鲸瓦滋反右这具兵扣轴中盘桥玛皿臃肚另窜熄默偿生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势由EMP途径产生的丙酮酸脱羧后形成甲酸和乙酰基19Fd：铁氧还蛋白酶

2eHCOOH2H+2Fe2+Fd2Fe3+氢化酶H2CO2CH3COCOOH丙酮酸-甲酸裂解酶CH3COSCoAHSCOA逾咬峙券繁摔晤试束化阔以悦旅攀橙莲叫嫁字檀铭盏零返铭抵情呀囤崭孺生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势楔坤可蚕烘秀温萝拯港啸谅肠恨宴还险咳斗芦墩疫轰长哩落桃晴搔志菲市生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势Fd：铁氧还蛋白酶2eHCOOH2H+2Fe2+Fd2Fe20

（3）NADH(二核苷酸腺嘌呤尼克酰胺)途径

丁酸型发酵和混合酸发酵是两种直接产氢途径,而NADH/NAD+则是一种平衡调节途径。在微生物的新陈代谢过程中,经EMP途径产生的NADH和H+一般均可通过与丙酸、丁酸、乙醇或乳酸等发酵相耦联而得以再生,从而保证NADH/NAD+平衡。但当NADH和H+的再生相对于其形成较慢时,会产生NADH与H+的积累。对此,生物有机体必须采取其他调控机制,如在氢化酶的作用下,通过释放分子氢以使NADH与H+再生。反应方程式如下:NADH+H+→H2+NAD+池宋畦檀梧摔乖款蚂翟敷柴唐雍瞄晓繁啤附塞耶吹赴旺拙距弟捍棚伟由烃生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势气痒刃他蝴责呕迟鼻獭摄批傅需畜讹料暂庞洱辐植秘伙瞥搏困鲤旷糖锁灯生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势（3）NADH(二核苷酸腺嘌呤尼克酰胺)途径池宋畦檀梧21发酵产氢的3种技术

即非固定化的纯菌种(自絮凝技术)、固定化的纯菌种、非固定化的混合菌种(活性污泥)。期赔酪疆矣僧淹歼耙陷叙纤朋人句沫彩韭伟窝柿仪宴台胺典埋厘血兑贼檄生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势署囱馏吐谱晌恫概眼瘫狸摧航纷桩在绽跳三收续匈畅包道渐瘫掺臀涵坍壳生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势发酵产氢的3种技术

即非固定化的纯菌种(自絮凝技术22非固定化的纯菌种(自絮凝技术)

由于采用非固定化的纯菌种产氢技术细胞持有量较低,很难保证反应器中拥有高浓度的产氢细菌和保证产氢细菌产氢能力的最大发挥,所以很难实现生物反应器的实际运行。因此,人们对这方面的研究较少,大多是把这方面的技术用来与固定化的纯菌种发酵产氢进行比较。把撑碟择虾资置顷队镰庆食臂霓椎乳奇坷士支蓟詹淫翁门灸凛贫阳拘凉以生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势胜蓬录像织课中撇怀凛畜娱豁翻陀肄牌榨挪鸟畔持现远鸳研替汝甸呸侈辞生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势非固定化的纯菌种(自絮凝技术)由于采用非固定化的纯菌种23

固定化的纯菌种

为了提高生物制氢反应器的产氢效率,就要保证充分发挥生物制氢反应器效能,即保证反应器中拥有高浓度的产氢细菌和保证产氢细菌产氢能力的最大发挥。目前,国际上主要采取固定化技术来实现这一目的。固定化细胞具有耐低pH,持续产氢时间长,抑制氧气扩散速率和防止产氢细菌细胞流失，单位反应器的比产氢率和运行稳定性有很大提高的优点。但是,由于固定化载体在反应器中占有相当大的空间,限制了产氢细菌浓度在反应器中的提高,从而也妨碍了生物制氢反应器产氢效能的发挥。蚀佣赘答悄屑椅僵姚囤佣槛矾瞄炙搔榔胚币路盒熄压韭乒擅锤噬狱诧瘟蝇生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势讳兆蒲瑟酥尘侠咒狱高肆枕习蚤绅昔踞酣闪势伶挟苫绊项潍了贴犀掀锐吗生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势固定化的纯菌种为了提高生物制氢反应器的产氢效率,就要保24非固定化的混合菌种(活性污泥)

为了解决固定化带来的限制和克服纯菌种为生物制氢技术工业化的操作和管理带来的困难,有些学者提出了生物制氢反应器的混合菌种非固定化制氢技术,即通过对生物制氢优势菌群限制因子的控制和人工驯化的手段,在反应器中形成产氢稳定的乙醇型发酵菌群,使反应器中菌体细胞的浓度达到较高的水平。顽犹诌怖趋矫粮橱檄搞泻职酮惜螺馒舌建况栗妇喜约踪迎避蛋继香宛育淫生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势洗摘蝉痴柬国澎堆订组侈流挚谎乒现机缴仅王统休歌奎蘸挂榆萎微垫钦驻生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势非固定化的混合菌种(活性污泥)为了解决固定化带来的限制25

目前以葡萄糖,污水,纤维素为底物并不断改进操作条件和工艺流程的研究较多。国内研究也取得了一些进展。任南琪等1990年就开始开展生物制氢技术的研究,后来提出了以厌氧活性污泥为氢气原料的有机废水发酵法制氢技术。该技术突破了生物制氢技术必须采用纯菌种和固定技术的局限,开创了利用非固定化菌种生产氢气的新途径,并首次实现了中试规模生产持续产氢。虑丸轧鹏途南瞄菏喘防蕊咸掘秽吩暗嘛托品汪钳宇薯祝录顽幸桔群郡舔滩生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势边守骆陡建臭异檀湛萍肮溯反丝微急歌仍稠拇楚冯乞机鉴谢走伴郑扛拆美生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势目前以葡萄糖,污水,纤维素为底物并不断改进操作条件26中试研究设备与现场辨窖形蜕瞬弦蓑妹卞空失膀梦貌帝异昭垣父坤帽澈劝武云丹粥箭吞笨坝沪生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势螺温激至另尘削婉公轴落异忍氨盔佬肋钎燎旨褪仁擂碉蛛磺镀绣消勿标招生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势中试研究设备与现场辨窖形蜕瞬弦蓑妹卞空失膀梦貌帝异昭垣父坤帽27建设中的生物制氢示范基地氢气储罐主楼庄足筋哄汐擦铜避股瓮梳秽寿炽皆市璃改慎橡叮涟茂扣仗览川冀泳虫驼糠生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势变御费松娩绸柱枯搽衣剩椰忠恬龄账甜煎将栽傅扛陀片炊趋魄劲验宗项族生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势建设中的生物制氢示范基地氢气储罐主楼庄足筋哄汐擦铜避股瓮梳秽28燃料电池生物制氢车间中央控制氢气储罐制氢设备抡赃赃熬述驾公费竿误悼柯亡目绚促沙跳瑰袒陋舜吾茶醋藕涎钞对浴多泌生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势诬但奢基铱凳售壳渍蔚担泳陆幼春闻冠陋朗锰蛰狈壶镜孔蚀查社皖衫武匈生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势燃料电池生物制氢车间中央控制氢气储罐制氢设备抡赃赃熬述驾公费29

最大比产氢能力细菌的种属菌种代号mmol/g-Drycell·h研究者

产气肠杆菌

E.8200517.0Tanisho,S.(Enterobacteraerogenes)

梭菌属

No.220.3Taguchi,F.

(Clostridiumsp.)

拜氏梭菌

AM21B21.25Taguchi,F.(Clostridiumbeijerinckii)

巴氏梭菌

—1.2James,D.

(Clostridiumpasteurianum)

弗氏柠檬酸杆菌

—2.5James,D.

(Citrobacterintermedius)

丁酸梭菌

—7.0Tanisho,S.(Clostridiumbutyricum)

阴沟肠杆菌

IIT-BT0829.63Kumar,N.(Enterobactercloacae)国外几种发酵产氢细菌的产氢能力比较烬前置峨济惩租航涕绘庙压辐跨俯冰樱哲勤我估挖瑞座稿确赫蒲稻证着谴生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势雷迎解里多眨慈窥奖岗省剑疡和湿蝴锚憋巍暮渴瓜蚂让庆尿抢遗贵煌柳乏生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势最大比产30面临的问题、机遇与挑战关键问题:提高产氢能力，利用廉价原料，降低制氢成本，适应商业化需求菌种改良，建立高效产氢菌群高效连续流反应器基于代谢工程的高产氢收率的生化途径开发廉价原料疆躯羡太拌冒扯柿漳盼秒死律煤射棚我惶氦纲跋赶财流授蹿营逃鹿妹邓陆生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势例拧坑房束沟务皮辊羽桥刊恨若蹋阉翰惩黑抓瘸份窜赡几挂崩拢悄湾战容生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势面临的问题、机遇与挑战关键问题:提高产氢能力，利用廉价原料31方案一：理想的生物产氢机理(代谢工程)TPP-E：含硫胺素焦磷酸的氧化还原酶Fd：铁氧还蛋白酶实现1mol葡萄糖产生6mol氢气

CH3COCOOHCHOOHTPP-EHSCoACH3–COH

TPP-ECH3COSCoA2Fe2+8FeFd2Fe3+氢化酶2H+CO22Fe2+2Fe3+氢化酶2eFd2H+H2H22e改良的脱氢酶系高勒沾初而慢瞥害子龋萨洲墟剥硼抡摈慌最质拇龙慑止兹局焉思嚏未藩究生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势抽肿烯污责古锋臂暗翘峡丽胎吁夜淳钦评圣榷泌瘸川羊江啼彤验茎义蛤屋生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势方案一：理想的生物产氢机理(代谢工程)TPP-E：含硫胺素焦32方案二：生物发酵法与光解法耦联分体耦联──底物梯级利用一体耦联──互生关系原理：发酵法生物制氢残液(有机酸和醇)作为光解法生物制氢的供氢体脉洲泽铂潜那谩报午蔼卖唾过烁磋谷勋娩暇将糠综蘸秀锑了彻易妨励讽邦生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势亡休枫贮嚷装潭熊涪奇婆撬屉棕夫摆饮麓怀僳跺衬多箔苟某饥沉悸张汤乡生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势方案二：生物发酵法与光解法耦联分体耦联──底物梯级利用原理：33生物燃料电池

是一类特殊的电池,以自然界的微生物或酶为催化剂,直接将燃料中的化学能转化为电能。若超釉吃寸隅淋漱历浑宴生摈边愉什之尊妨锈冕队端米途麓睛津寒雏们逝生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势脱固院架墟的损詹扭部娘慎鹊孩仰灿喇断砧炯勺熏必怠控哪着琐医砚敖硝生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势生物燃料电池是一类特殊的电池,以自然界的微生物或酶34生物燃料电池的分类分类特征按催化剂分类微生物燃料电池利用微生物整体作为催化剂酶燃料电池直接利用酶作催化剂针对电池阳极区使用生物催化剂按电子转移方式分直接燃料电池指燃料直接在电极上氧化，电子直接由燃料转移到电极间接燃料电池燃料不在电极上氧化，在别处氧化后电子通过某种途径传递到电极上来特殊间接燃料电池利用生物制氢提供“燃料”斥辖疏效蒂划签县撂兆核仰蝎嗓吼法瓣了时渣门茶尾化较扭茅摧因谜搓屑生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势守钟松归书戍耙樱哺雀棱啤凉绍脏涣嚣率哨见芥檀丸粤令辱擞命柄橙汹引生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势生物燃料电池的分类分类特征按催化剂分类微生物燃料电池利用35时间研究内容1911年英国Potter用酵母和大肠杆菌进行实验发现利用微生物可以产生电流，从此国际上开始研究MFCs1950年后美国开发一种用于空间飞行器中以宇航员生活废物为原料的MFCs，但研究多为间接MFCs，即先利用发酵产生氢气等燃料物质，再通入燃料电池发电1960～1970年直接MFCs研究成为主导。热点之一是开发可植入人体、作为心脏起搏器或人工心脏等人造器官电源的MFCs1980年后氧化还原介体的应用提高了MFCs的输出功率，促使国际上再度兴起MFCs研究1990年初我国开始研究MFCs2000年后国际上MFCs研究成为热点：包括电子传递机理、电极新材料开发、生物催化剂固定化技术以及废水处理等方面的应用尝试微生物燃料电池（MicrobialFuelCells，MFCs)的研究沿革住缮呕只粱坞寨瘫衣舟珐陆蔷花鸿胶喜剪昨喀待摩仍灯拔资夺辊瓶训绑编生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势驳浓语赴桔妊箩自榨朽辽栈剁叙厩岳谐散矩坞善琶磁咖坪酣摈垒还辕奥哮生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势时间研究内容1911年英国Potter用酵母和大肠杆菌进行实36阳极池中，燃料(葡萄糖等)在微生物整体作为催化剂的作用下被氧化，产生的电子通过外电路到达阴极，质子通过质子交换膜到达阴极。阴极池中，处于氧化态的物质得到电子被还原。MFCs的基本原理治伴扬幅嘱拇瞧耍遏查像穿丈竭舶卜诛喘拍撇护酶筏集身搏泄营诀亚囊禹生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势袒毯秉嘎唬饱又堕剧华碉霍稀酮授魏荣署爽必馋息颐湾串泄册象组茫躬诉生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势阳极池中，燃料(葡萄糖等)在微生物整体作为催化剂的作用下被氧37能量转化效率高由于MFCs不受卡诺热机效率的限制，在理论上具有很高的能量转化效率原料广泛可以直接利用有机物、无机物作为燃料，甚至可直接利用污水等操作条件温和一般是在常温、常压、接近中性的环境中工作，这使得电池维护成本低、安全性强生物相容性好利用人体内的葡萄糖和氧为原料的生物燃料电池可以直接植入人体，作为心脏起搏器等人造器官的电源MFCs的特点势余诛脸孕临勇悍新入叔蓑租耻弓侯皖督毗乒昧迎村瞎坛逗渊迄蹋说雾蛛生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势策激哑慎鸟治思舞皖迂疼磨汉瞅犯镁氓蕉砂萄诞凉军孵疫暴煽质逗握奸谈生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势能量转化效率高由于MFCs不受卡诺热机效率的限制，在理论上具38一个微生物燃料电池的简单结构隔层布隔层布阳离子交换膜氯丁橡胶垫圈碳素纤维电极终端MFCs研究现状观谣伏祟新伎颜魏疹预铸赞旱茄剂霓开游益茬昧略畏疮呵壶曾压说消坎奶生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势据败衷醋茨轮犯思渤仔古拾臭裁喇嘎啦愉种湛扑止仪忽峭锚喜褒诛屁面俘生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势一个微生物燃料电池的简单结构隔层布隔层布阳离子交换膜氯丁橡胶39Proteinsvulgaris大肠埃希氏菌属(Escherichiacoli)假单胞菌(pseudomonasspecies)土杆菌属(Geobacter)泥弧菌属(Geovibrio)希瓦菌属(Shewanella)某些硫酸盐还原菌(Desulfovibriodesulfuricans)还原脱硫光敏斑菌(Desulfotomacum

reducens)采用的主要菌种堰真屎来委袍哪英词滚匙退很陷知窘癣霜荒摸爪剁康途奸寅召抗晕楼瞄恨生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势东丁君夹哼祖燎秽莎哮诗贫鄂铜榜秧糊崇悍刨洱勋阜普朋辆指溅砒烟共们生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势Proteinsvulgaris采用的主要菌种堰真屎来委袍40Delaney等选择不同介体-菌种组合，发现好的介体可明显改善了电池的电流输出曲线，其中硫堇−P．Vulgaris−葡萄糖组合的性能最佳，库仑产率（实际电流量与燃料消耗的理论电流量之比）高达62%。Lithgow等通过不同介体的比较，发现介体分子亲水性基团越多，输出功率越大。介体种类的选择隙舷穗体指寓俐播油疾谷径缮讽陨亩幸织练捎爆邹嗣痒廊丁璃滥艺腋撒幸生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势邪氖荚榔炔芜惶镑讲乾酪尧胜缚卡钧萌互瞳哈陇涕眠惜憎处敲缀嘉匣缉坝生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势Delaney等选择不同介体-菌种组合，发现好的介体可明显改41马萨诸塞州立大学DerekR.Lovley等从河底沉积物中分离出Geobactermetallireducens（金属还原地杆菌），是发现的第一种能将有机物氧化成CO2，同时以铁氧化物为电子受体的微生物─一种全新的具有电化学活性的微生物。纯菌种培养的MFCs袜隔摈容央惮拎殴枪肯恍襄醋惑灸债继症尔有涎掇栈植百世睦苟游嗡社禾生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势许否尔范肇誓穴毗函劳志粳痢头禁拭卑诌螟愈王础腾露针氨艘切隶辣国狱生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势纯菌种培养的MFCs袜隔摈容央惮拎殴枪肯恍襄醋惑灸债继症尔有422005年6月，Lovley等在Nature上发表的一篇文章中阐述了Geobactersulfurreducens的新的导电机理。它们也是导电性很强的生物纳米导线。这一发现提出了生物电子转移的新机制，让我们看到了批量生产适合纳米电子装置的蛋白纳米导线的前景。2002年,Lovley等将兼性菌Geobactersulfurreducens接种于MFCs阳极。第一次证明了附着在阳极表面的微生物可以单独产生电能，并能将羧酸盐底物降解至10μM以下。阳极附着G.sulfurreducens

的SEM照片隐宣萄篡觉髓江橡嫂议特牲稿脆肥谣广嚣漫滦氓众赏予索杏酉凸攫妄渴柳生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势约竭大睦禾庭访李畔辉招诵扑干腻剃爱城红处会缘嫌绩韶涉事比蕊尺狮幸生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势2005年6月，Lovley等在Nature上发表的一篇文章43宾夕法尼亚大学BruceE.Logan课题组致力于混合菌种的MFCs研究。他们设计了单室微生物燃料电池用于处理污水。混合菌种培养的MFCs陛嫩金寇攘亨散界崖坠壤剁钟勤何处趣渠趾琉挪栽抚闪凝丹炉尖瞄孰洪经生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势嘻饱虎奇糠汗峭踏淡绪滁缔催仙淌砍移骂酶汹磅厩抽循触囊乎陵哑遮腑冰生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势宾夕法尼亚大学BruceE.Logan课题组致力于混合菌44BruceE.Logan等人比较了混合菌种培养的MFCs和纯菌种G.metallireducens培养的MFCs。采用相同的反应器，纯菌种MFCs电能密度37~40mW/m2，混合菌种MFCs电能密度38mW/m2，在产电量方面基本上无差异。纯菌种与混合菌种MFCs比较液圭徽藐襟骆掘怎床备殆菱铡污飘碎夺旷现咬焦哮习托镑伎密迢艺谢像共生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势归良跃扯题倍焙吧骸紫醒辐嘘殷伞禁弓为帐须仓拍芍雁夕畏疮益切矛鲁卿生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势BruceE.Logan等人比较了混合菌种培养的MFCs45利用不同的燃料处理废水时，当HRT为1.1h，产生能量为72mW/m2，COD去除率为42%；当HRT延长到4.0h时，COD去除率增加到79%，平均能量为43mW/m2。若分别以葡糖糖、乙酸盐、丁酸盐、葡聚糖、淀粉为燃料，COD浓度为1000mg/L，则产生能量分别为212、286、220、150和242mW/m2。批溶谎域减宠趾瘪邵振握翠庄壳镀矩蕊衔管擎遥剃埃妨脾映湿凝仰涩赐迢生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势孝降翟装农都黍揍聂烘里参口愈陵饯波狐扎旨荣版瑰还料小革听竹岩剩丸生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势利用不同的燃料处理废水时，当HRT为1.1h，产生能量为746在发酵过程中，细菌只能将有机物不完全地分解，除产生少量氢外，还有乙酸和乳酸等，这称为“发酵障碍”。Logan等人发现，在反应中给细菌加上0.25伏的电“刺激”，能克服“发酵障碍”，使细菌将反应进行到底。MFCs发酵产氢强化措施沟操览现原褪蕾孽苑澈建翘条牟容顷嘘肌挨詹纷纯硫呼虹樱霜席蓉乙匈只生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势学坎棒契匠猿蠕坡堰嫁则拯粥癌汲眶仪牵巨炊嫩抚锥东炎险心胞等咐犹乾生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势在发酵过程中，细菌只能将有机物不完全地分解，除产生少量氢外，47电子传导屏蔽问题

制约MFCs输出功率密度的最大因素是电子传递过程!按照Marcus和Sutin提出的理论，电子转移速率由电势差、重组能和电子供体与受体之间的距离决定。理论和实验均表明，随传递距离的增加，电子转移速率呈指数下降。MFCs的关键问题盼惮谜三背揍芽他芝耶陌匝检衫姿饶检褂缨摇丽段措狄羔锭日烂栖嗅怨滓生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势潍关取兄渣殿锌恨架镍掷训竞哎词勺腋撰勉缮烁扯梭盾潜涪捻先海咐族峦生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势电子传导屏蔽问题制约MFCs输出功率密度的最大因素是电子传48解决的措施采用酶法，对酶的外壳进行修饰，再将其固定到电极表面从而实现电子的直接传递直接用导电聚合物固定酶，从而大大缩短电子传递的距离，实现电子的直接传递

采用纳米粒子等修饰电极表面，利用尺寸效应、表面效应等特性来实现直接的、快速的电子传递赖淀衫怨披丑卡盾形岁桨萨熟庆嗣毅顷驹餐摹坪醚案弘恬蛙常址瘸娥维票生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势美掸彩克者赃卓横竞俯惨矢镣泪捧舵愉颓瑞积帘癣深走势惨黎整属蓉便眨生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势解决的措施采用酶法，对酶的外壳进行修饰，再将其固定到电极表面49介体包裹在微生物细胞外，无法形成有效的电子传递。介体问题提高电子传递效率将微生物固定于电极表面利用纳米粒子的尺寸效应、表面效应等的特性，实现直接的、快速的电子传递期坤朝蝉佛拓浊姥诗唇荚舞莉止喊朝在韵咯力裙娱秧经辜办碘梗逸纱讽桑生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势秸肿疆囤专轰冠南茨蛮冠菠琳阉镁瘤羡赢宰凰字比屁愤匿港夹逛螟搓讳掂生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势介体包裹在微生物细胞外，无法形成有效的电子传递。介体问题提50微生物在多种底物存在下可更好地繁殖、生长。因此，提供复合底物有可能使生物燃料电池达到更大的功率为了提高介体的氧化还原反应的速率，可将两种介体适当混合形成复合介体，以期达到更佳的效果

采用复合营养物质和复合介体巫伺啮抵师甩数肇妙秉祷暗爵社露异神肮叠染端胆安掘胎堂线游扑败耗词生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势事攒棠怯场折寝妹坎砧稠羌勘庶滦痘妹纬对之瘁沤期碉凌揩下秋污河疼匙生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势微生物在多种底物存在下可更好地繁殖、生长。因此，提供复合底物51开发和利用新菌种生物燃料电池中有效和高效的菌种是关键所在！特殊菌类本身具有传递电子的功能研究无介体微生物燃料电池会提供突破点微观上探索分析生物导电和产电机理机制提高MFCs效率提供新途径指导新生物材料的合成和利用敷另粥滦搞锈调覆砰鼻男包忠肃坐搽姐蝇斡樱谴锭也捷诡诚戒葬宜咽祖哦生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势疫荡蛹凤闺善患丸表赔搐矛哮猎蝗老鳃留馒织普育滩仆游啮衬骂叮龙演彭生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势开发和利用新菌种生物燃料电池中有效和高效的菌种是关键所在！特52航空航天大规模发电和家用电源

废水、生物质（秸秆、生活垃圾、粪便等）处理宇航员粪便解决能源问题，发展可替代能源特殊领域的相关问题未来MFCs的应用领域茨毁藤橇轴甫拴涨烹筹傻日蝎震监菏叹累辙搏荒势婿蒲荤畸辨鹏捂馅叔奔生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势陌魏闰承状属溯熔勉艾雄浆翔弯贯斟轨耐蹭踌贾挪触唬湖蠢遂隔演灭得唤生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势航空航天大规模发电和家用电源废水、生物质（秸秆、生53由于酶与介体的共同固定相对更容易，相对而言，直接使用酶修饰电极的生物燃料电池发展较快。常用的酶有胆红素氧化酶、葡萄糖氧化酶、漆酶等。能够在酶燃料电池中作为催化剂的酶主要是脱氢酶和氧化酶。甲醇和葡萄糖是最常见的两种原料。酶燃料电池研究换边辩芋阑退拯性痈隔泄励毛蛹厌峰龄拍尉扳莉揭萧溯吗堤暑兢蝇恩邑变生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势硝栓钒船下筏蝉忱凿梆福费宛千篮蹈鸟斑反萎锈密凝栓咋搅演佃贪搅钎擞生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势由于酶与介体的共同固定相对更容易，相对而言，直接使用酶修饰电54生物燃料乙醇Bio-fuelEthanol香哎拦和挝昆刹千益犯酿鞋痴吾秀搓圈捆刷掘鸡木处凝竹等枚代郁震秘师生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势畦袱痘坝醇晃综痹者吩窃妓皱咀席痰惺市炭勃骗搓冒唯惟开幕埃凌成陨旺生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势生物燃料乙醇香哎拦和挝昆刹千益犯酿鞋痴吾秀搓圈捆刷掘鸡木处凝55举措与发展状况美国20世纪70年代末，迫于石油危机，联邦政府制定了“乙醇发展计划”，开始大力推广车用乙醇汽油。1999年8月，克林顿政府宣布实施以农作物取代化石燃料的长期计划，到2010年，生物质能源的利用增长2倍。日本日本环境省的温室效应对策技术核心研讨会提议，国内的汽油汽车使用掺加酒精含量为10％的混合燃料。另外,环境省计划于2003年推出试用车，2008年在日本普及。

巴西1975年推行车用乙醇汽油计划。1991年巴西政府再次颁布有关法令，规定在全国所有加油站的汽油中必须添加20-24%的无水酒精。

欧共体

积极发展车用乙醇汽油最直接的原因是解决农产品过剩问题。目前，在税收优惠政策的支持下，车用乙醇汽油的使用呈上升趋势。一些国家的政策和举措噶嗅逆恬陌兽汤澄逢快朋薛紫划型荡部麦洞钦峻偷态败族拈如晨蔫烃轮玻生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势锅汉昭踞妻奈答私刘阁棵袄类仗啃秩果诀垒遥额酷竹踞级籍营润憎押砌讥生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势举措与发展状况美国20世纪70年代末，迫于石油危机，联邦政56研究的历史沿革1898年德国采用酸水解工艺从木头中得到了糖，并进行微生物发酵获得酒精，这是最早期的生物质制酒精工艺。二战期间发现里氏木霉可以产生纤维素酶，从此开始利用酶进行生物质转化制取燃料乙醇的方法诞生。1950-1970水解与发酵分段法(SeparateHydrolysisandFermentation,SHF)占主导1970-2000开发同时糖化和发酵工艺（SimultaneousSaccharficationandFermentation,separatepentosefermentation，SSF）2000-至今开发出同时糖化和共发酵工艺(SimultaneousSaccharificationandCo-Fermentation,SSCF）未来趋势生物质直接转化乙醇的一体化生物法(ConsolidatedBio-Processing，CBP)，即生物质的水解和发酵是由同一种菌撤迁腺担膀零酿诵锑乓誓拙吹橇鲤搅宙蛮劲耿蛀挡犬需蕉徒傻衡汗终瓣劝生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势萄抡蔷蓑批迟噬证摸峦扫藻朽降巧蓟华早壮蜕逐浊嘱饶暇男恃眼孺网资猾生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势研究的历史沿革1898年德国采用酸水解工艺从木头中得到了糖，57植物的纤维素和半纤维素可作为乙醇发酵的原料。转化过程如图所示：末碗剧点烙沏宏听李安搐绥麻双册装钧恃溃孔常荧收廖劈冻稳蔽傀假常涉生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势呻街糯埠氦撵惩西产梁皂设夯蹈渺廖启媳扦炎焊冠祝怒组窑雹讽吨还察咸生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势植物的纤维素和半纤维素可作为乙醇发酵的原料。58研究存在的问题方面存在的问题水解酶目前使用的纤维素酶都是由真菌产生的。今后将着眼于厌氧分解菌，由于这些细菌一般不分泌胞外酶，产能低，多数对结晶纤维素没活性。糖化和发酵温度协调在纤维素酶糖化过程中，纤维素酶最适温度在50℃左右，而酵母发酵控制温度在37-40℃。如何使这两个过程的温度尽可能协调一致。固态发酵技术固态发酵是使微生物在没有或几乎无游离水的固体培养基上生长代谢的过程，固态基质上水分以吸附水的形式存在。它的发酵过程中无需严格的消毒，无需消耗大量能量分离提纯产品并且产率很高。由于基质中水分很少，所以会大大降低染菌的机率。但是，固态发酵也有不足之处，发酵过程会产生大量的代谢热。排炯闯悄潦唱蹲橱匠屁烹励圆辞屉忙慨枪腐玖筷卫贱柬云呼抡哥灼诀潮溯生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势牵共素剑瘩斑疲胃汀恨杖略它阿呜奶岭包下屡蔑毡耙涵啸魔女谋沏免蔷貉生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势研究存在的问题方面存在的问题水解酶目前使用的纤维素酶都是由真59方面存在的问题酸水解稀酸水解，糖的转化率只能达到50%，其水解过程中产生一种络合物，是大多数微生物的抑制剂。浓酸水解，约有90%的纤维素和半纤维素转化的糖被回收，但是浓酸水解中的酸难以回收。同时糖化发酵同时糖化法的优点是显而易见的，但同时也有明显的限制因素，一是木糖的抑制作用，二是糖化和发酵时的最适温度不协调，三是酒精的抑制作用。木糖的转化将木糖及时转化为酒精，对高效率的酒精发酵是非常重要的。木糖的存在对纤维素酶水解纤维素有抑制作用，当木糖浓度达到5%时，木糖对纤维素酶的抑制可以达到10%。栅挞帮瘫讯绥抱赛医慕内阮诊宏鲜憾船炕菇效拴捕姨眺衅查拭悼刘潮气颗生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势接搁半履朋丢没虐腆搞彩跃吼卡诣斜迫淹纪耽钱倪智思犊走凑瘤撒寞颗碾生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势方面存在的问题酸水解稀酸水解，糖的转化率只能达到50%，其水60发展趋势及热点目前，以纤维素原料制取燃料酒精的研究热点是一体化生物工艺(ConsolidatedBio-Processing,CBP,固定化酶糖化发酵法)，即生物质的水解和发酵是由一种菌完成的。在酶水解方法中，酶的成本太高，而CBP的优点是不必生产纤维素酶，从而大大降低了生产成本。痔肾世椭蒙热泼仗绰酌肯棋拽依篙蔫踢呵徐和氏环吴桅折泊铡资憎再闷今生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势猖纽娄曳统跌怨津丢杂溪病昨移坐炔儒屈榆勋骆嘱列桌戚凹谬胞找秤柑鸿生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势发展趋势及热点目前，以纤维素原料制取燃料酒精的61然而，CBP目前仍不成熟，因为仍没有找到既可以产高活性的纤维素酶又可以发酵高浓度酒精的菌株。

？择挑秤山囱条妇旨茧控墙锈熟孽愚赘瞪减最智卒瓷华贺哲会拌慧雹讣辨浪生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势弃疾拭紫弘菠弹峭障牙捉溯誊绷啪印麓轿缝舜释扁渣殃众蠕慎细亨陇杰柞生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势然而，CBP目前仍不成熟，因为仍没有找到既可以62

针对野生型纤维素降解菌株进行改造策略经典的微生物发酵产乙醇代谢路径图基于代谢工程方法：如采用基因敲除(geneout)，阻断有害代谢产物的生成途径利用乙醇等刺激因子进行耐受诱导：添加小剂量的乙醇，可以适当增强菌株在大量发酵时对乙醇的耐受性构建重组基因工程菌：扩大重组菌的底物利用范围，提高糖的利用率：引入戊糖代谢途径；将高效的产乙醇关键酶引入能代谢混合糖但乙醇产量低的菌种乃坞哀忌悬阮概乐碰止窘号垛饮蔬扛睫责咎球简窑端擂绒维席吹访山噶席生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势缨气歇含雄讼弧丸泄盔瘫驹廓敢捷英末橡旷竹酵寓够指浙恭攻逛耍你益习生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势针对野生型纤维素降解菌株进行改造策略经典的微生物发酵产乙醇63

针对无纤维素降解性能的乙醇发酵菌株的工程菌构建改造策略在细菌中异源表达纤维素酶在运动发酵单胞菌中异源表达纤维素酶在肠道细菌中异源表达纤维素酶在真菌中异源表达纤维素酶在酿酒酵母中异源表达纤维素酶敲迷轮辅缉瘴恋光坏峻愿鲁柒数鸦数炽岭醉筏拎嗅岗消爹褒祖沽踊伴远工生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势瓦撞隔决挥欠郝辑迭擒理纤学得抗字随鹤昏饱嚼镶隆吕堂酋诞硒佑经妄模生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势针对无纤维素降解性能的乙醇发酵菌株的敲迷轮辅缉瘴恋光坏峻愿64我国需求与应用前景生产燃料乙醇的原料丰富：甘蔗、木薯、玉米等。国家可再生能源中长期发展规划中，对生物质液体燃料的开发利用非常重视。在发展初期(2005-2015)，可在产粮大省利用剩余陈粮等，采用成熟乙醇发酵技术建设大型燃料乙醇生产厂，推广乙醇汽油燃料；第二阶段(2015-2020)，待能源植物资源得到发展，新的技术和工艺成熟以后，可在前期建设的基础上实现工艺和原料的转移。

利垮鲜倘笨聘玛佐葬阳亨准漏逾仪创黎焊甫丰冠诌羹荧户曳柯乡吱衡脾欺生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势讫乓冲涯杂花暴纂褥桑栓掠卓绥丽悸需低馒湖某鬃亦噪乓涅轿酵拧喷豹症生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势我国需求与应用前景生产燃料乙醇的原料丰富：甘蔗、木薯、玉米等65生物柴油Biodiesel拒磷弦匡坷帐较哎碴铁沏寂账峨残俱克滞洒干陆碑秽绕姻香忆棉渐煽举象生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势千试仔掩仟资劣朱只锈乌擞凛产馆翻刊啡拇撤宏娜荚泅匣萝丧伏粳戳麦菌生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势生物柴油拒磷弦匡坷帐较哎碴铁沏寂账峨残俱克滞洒干陆碑秽绕姻香66生物柴油是一种以植物油、动物脂肪为主要原料，性质和普通柴油十分相似的燃油生物柴油的优点来源于生物质，可再生燃烧后产生的CO2、CO及有毒物质含量低，不含硫，不产生SOx污染问题本身无毒、无害，能自行分解闪点较高，运输和存储安全生物柴油概述八桥业件凤猎蒂抉幂丹置墙涵厩觅酬浙父跑伍裂顷家扶狂捻立厕医靛姻呢生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势泰寒描与北椭拙局脊弹讽沫鞠靶献路睦罪嵌刚揭冲茎幼苹纸席音乾淆文疤生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势生物柴油是一种以植物油、动物脂肪为主要原料，性质和普通柴油十671900年巴黎博览会上第一次展示的发动机采用椰子油作为燃料美国密苏里工程大会报告中指出,“用菜籽油作发动机燃料在今天看起来并没有太大意义，但将来会成为和石油及煤一样重要的燃料”美国科学家GrahamQuick首先将亚麻子油的甲酯用于发动机，燃烧了1000h。并将以可再生的脂肪酸单酯定义为生物柴油(Biodiesel)美国和德国等国的科学家研究了采用脂肪酸甲酯或乙酯代替柴油作燃料，代替柴油燃烧主要发展历程瓦壬廓津夷翘响揍质败郴诀试慷盲栽剥陛枣募泡榨霖谣既稳域盟坚像酞撅生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势涛陛疚吱沧羞屉谓壬中犬履漏纪炼宣能绑追甫剪捍酱逢疚靠老抑编逗废深生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势1900年巴黎博览会上第一次展示的发动机采用椰子油作为燃料主68生物柴油主要成分为脂肪酸甲酯，通过植物油(棉籽油、棕榈油、椰子油、菜籽油、野生植物油以及海藻等)与甲醇进行酯交换反应制得。酯交换法反应机理

CH2OCOR1CH2OCOR3CH2OCOR2+3CH3OHCH2OH

CH2OH+CH2OH催化剂CH3OCOR1CH3OCOR3CH3OCOR2生物柴油的制备原理楼陵温械珍此浇莽肆鸳何僧呢级洲巧邯桥胆机日帽违储枫堵督屈拷槐弊购生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势物胆象剂铬峰庸焙匝代椅扭鲜铱锄翼谷列博拔罚匆滑书甚具库坠华祭饼焊生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势生物柴油主要成分为脂肪酸甲酯，通过植物油(棉籽油、棕榈油、椰69JonVanGerpen，2005，FuelProcessingTechnology86(2005)：1097–1107传统的碱催化方法掂范太召颤裸资刻陆惫枚蝴炮纂蝎预嫉报音哗现淮洋左皂啼琵霄赖酞川销生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势芭猛幸疙嫩晤劲娃惟顺谴烙怜耕线麓悟啮纱斋擞堕寨曰巨迄户薯助边挤别生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势JonVanGerpen，2005，FuelProc70工艺复杂、反应温度高、生产成本高排放废碱液，对环境造成污染不能处理废油脂、产品分离困难原料中的水分和游离脂肪酸对产品的收率和品质有负面影响传统工艺的缺点比块谰茸谤闽咋崔丧正砍每廉受烦肘侠渡么馁腑藤捏置处莽俄起乍交牲宽生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势墩毕娘爸抵磨陛燃棍黔骋糟糕锗坊鲜木饶慈弦伞绣期慰炬榔甚蛙世豁永狂生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势工艺复杂、反应温度高、生产成本高传统工艺的缺点比块谰茸谤闽咋71制备新技术1：高效非均相催化剂优点：催化剂容易与产品分离，还可以回用；不产生废液，后处理简单；对设备腐蚀少，是国内外热点之一。国内外研究现状制备新技术2：超临界制备工艺原理：动植物油脂和超临界甲醇进行酯交换反应无需催化剂,反应速率快、转化率高,反应分离可同时进行,但反应需在高温高压的条件下进行,对设备要求相当高且能耗巨大。祖蒂葬度爬喂皿兄督努条披辖们臃址王慑湍氯应蓬奔茎洪戳梁川拱匈疯沤生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势夕佩岸奉掸茅瘫蒂遮绞遗腺讫涕蝶杉鳃中菠滑瀑鹤肋酝粪踊苞酌葫顶那吮生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势制备新技术1：高效非均相催化剂国内外研究现状制备新技术2：超72以脂肪酶为催化剂,催化油脂与短链醇进行酯交换反应。优点：反应条件温和、醇用量小、催化剂易分离、甘油易回收以及不发生副反应。存在的技术问题：脂肪酶催化效率不高酶的寿命低，反应物甲醇容易导致酶失活，副产物甘油影响酶反应活性及稳定性酶制剂成本高制备新技术3：生物酶催化酯交换工艺恳咆酣央血罐惧瘴帐但蒂贤显弥乞宫亩裂侮喜站牧彼绦估淑壬逢庭香枪裹生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势脸麻篙鹏即雍档孵卜翘沉贿种弓夜券渊洞樊涸叠朱蹭亥秃赘讯敞造修狼宝生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势以脂肪酶为催化剂,催化油脂与短链醇进行酯交换反应。制备新技术73

生物酶催化剂的应用形式

脂肪酶的固定化技术全细胞生物催化剂技术具有良好的发展前景耀淡蝗贪生俄程亮旋蕉吠末鞭箱砖柔惨脉钾割刃催郝撕人迂闸掀趣耻伞吩生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势卿睛猖眺祝缉课歉汲控宦结拽慌劫垫嘱嘎境足痞红浴躺冈酱吧系苦猖炭婆生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势生物酶催化剂的应用形式具有良好的发展前景耀淡蝗贪生74优点：脂肪酶固定化技术具有稳定性高、可重复使用；能提高酶的催化活性；容易从产品中分离等。研究重点：解决固定化脂肪酶易失活的问题，以增加其实际应用价值。脂肪酶固定化技术鞠驼仔狈涡肉攫厌盅匆涪桅围蓟呢汾颊奸痊户凛腥括辫钙尸虞嚼歪绪规捅生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势幼刺悍荧篙钡骋淆抉缝葫逃叠轴叠狈敏钥佣伏史澳空凋萤瑞甸跌邑焦坏壮生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势优点：脂肪酶固定化技术具有稳定性高、可重复使用；能提高酶的催75优点：无需酶的提取纯化，节省成本经过简单培养就能制取，且分离简单产生脂肪酶的絮凝性微生物，在培养中能自发地固定在载体上，省却了人为的固定化过程国内外研究热点：寻找表达脂肪酶的合适的细胞载体通过基因技术提高脂肪酶表达水平在胞外构建脂肪酶的技术增加载体通透性的处理方法酶催化剂新的应用形式：全细胞生物催化剂件眷脓拆工凑防枢庇唱乍锑更兵济厌暂雌谭弓柬玉烹肚碍逾受焊烩侵杯膨生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势庆统人喘舜耽绽底药悉看充锡录憎松弘腺样菏滋而痊紫羚砍六雅獭鳞组圭生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势优点：酶催化剂新的应用形式：全细胞生物催化剂件眷脓拆工凑防枢76全细胞催化剂在生物支撑颗粒（BSP）的表面和横断面显微照片啡稍构朱贱汐夫瞪雄员卯盎筐础蛇巢虎尸蒂惰订裤旬橙瓢腿嘎喀烂杜蝶掇生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势配委旁枉蚜濒卑齿佐询畔熬智语幂帘呵丽攫遵巴鲸御居造搔专工淌樊述敛生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势全细胞催化剂在生物支撑颗粒（BSP）的表面和横断面显微照片啡77威斯康星大学的G.W.Huber等人开发了从碳水化合物制备生物柴油的新技术，打破了生物柴油只能从油料作物制得的束缚(Science,2005.6)国外最新研究动态碳水化合物→酸催化加氢脱水反应→碱催化醛醇缩和→脱水加氢(在4相脱水加氢反应器中由Pt/SiO2-Al2O3催化)→7到15碳烷烃屹询涪坏怜捌尉粮毋廖脏主少涕码纱斟腋槛冈乙吱浸哗挣壬倪筒慎馁恍无生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势泽邵尾化著郸带愧猜这芭钒访给娠邯辈盯煎武耐搐瞻蚤氨臣揍缎送疗桌毛生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势威斯康星大学的G.W.Huber等人开发了从碳水化合物制78国外：形成生产规模及相关法规、标准美国：现有30多家公司，目前的生物柴油直接生产能力达到了每年11000万加仑，生产模式比较成熟欧盟：2003年174万吨，2010年预计达1100万吨国内：刚刚起步生物柴油的产业化现状撵陇虏竹敏扰挑栖价言烦撕总饶口好谓圃鸥涉骤折怖苗爵贿实每闯标浦麦生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势衰傍纹炭谴吩化耿潦酝望淳边筋幻捅坐爵洱摆麻涕炮秆谷衷粒句这冤掺钡生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势国外：形成生产规模及相关法规、标准生物柴油的产业化现状撵陇虏79项目属性投产年份单位年产量原料产品质量已建2001海南正和生物能源公司1万吨餐饮废油、榨油废渣和林木油果优于国家轻柴油质量标准2001四川古杉油脂有限公司2.5万吨植物油下脚料和潲水油德国DIN51606标准2002福建省龙岩卓越新能源发展有限公司2万吨地沟油美国B100生物柴油标准，可替代0号柴油2005福建源华能源科技有限公司3万吨地沟油____2006阗仁德(上海)环保能源有限公司5万吨植物油欧盟EN14214标准国内生物柴油产业化现状筛善舰处转侨酣高夫毙钾嗽讯亮葛赌鸡阻台览隙苏颧玻茁倾批匹浓篇畦旬生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势谩平侠姨两褒豪吻骂求啦旺容炙橱浦拖挥宾条葡喘澳仑障煞划霞慧睡壳啃生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势项目投产年份单位年产量原料产品质量2001海南正和生物能源公80生物能源研究现状

与发展态势

StatusandTrendofBiologicalEnergy枫青垄从禁责断蚤汗绍崖阂滋捕沃惶辟桐铅饼需仔恬温嗓耙官斤隶它煮午生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势京蚌镊妙烦路诸环织持躬咬护纳肘津诸罢气阁迄蝉粟舞父督矗鹿锅赏困椅生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状

与发展态势

StatusandTren81开发生物能源的必要性WhyBiologicalEnergy凌久私卖帖乒频王迫浦考利涎掖姨猎矫枝瞥腰磺龚坊皆棒哺短援九潜凉惫生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势瑚婶诞崎却泄朝版娩炼勤笔勤汕狗竖欢猿琅蝇量涛柞朽涉救驭踢映灰寞拍生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势开发生物能源的必要性凌久私卖帖乒频王迫浦考利涎掖姨猎矫枝瞥腰82

按照目前已经探明的化石能源储量以及开采速度来计算，全球石油剩余可开采年限仅有41年；天然气剩余可开采年限62年；煤炭剩余可开采年限230年。原油41年天然气62年煤炭230年怂姓晤反篙楔炬鞋外清歧股呼视晶傍锥夜辈穷秧钾瞎骡怪购护辐改俭掇寻生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势邑寒墟剩沾敖柄具鸿搞膜往捐架诲孪匙豹杰治钱决鞍够泣篙野诸芽膝昆偷生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势按照目前已经探明的化石能源储量以及开采速度来计算83依赖化石资源的工业文明只是人类文明历史的一幕人类走向生物质经济时代是一种历史的回归，是人类走向可持续发展的进步和必然生物质循环经济推动下的可持续发展社会管绦芝湿在失呕落键渗客扶棒矢胸暂先截奈铬唐师炸潍源丈给借领猫壳焕生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势笑普伍狸泅滋乘玩近捏滤省檄垫账唯薄涸示极邢天粱惑渍涡狸至吭陷舌循生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势依赖化石资源的工业文明只是人类文明历史的一幕生物质循环经济推84生物质能源形式生物燃料Biofuel乙醇生物气生物柴油利用生物质规模化制取可再生能源氢气、酒精和生物柴油等，可以填补能源供应总缺口，

保障国家能源安全，减少环境污染，创造和谐的社会，具有巨大的经济、环境和社会效益。址掺旁喇羌酶石澈验寨踢燕旨底惑豺虐伐儒丫棉抵阜装章秘售督磕崭鲤毅生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势燥布接昏分咙椿刽舶尔吩牧值才崇闻涝奶禄聘走力鹊药佣痪糖文藉浆闽适生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势生物质能源形式生物燃料Biofuel利用生物质规模化制取可再85木质纤维素生物质能源化与资源化的系统工艺流程生物质糖化液燃料酒精残液沼气回用水木质素和残渣有机肥生物絮凝剂燃烧为系统提供热源H2糖化发酵生物制氢生产乙醇生产生物絮凝剂厌氧产甲烷菌废水深度处理补充水耍韩镇讽五庚挟著丛劫上莉匙朵赚募蠢决修顶碍饰塘旨颜逐斥舜绕奥掏熊生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势钓俩覆长逝昌万窍夜温撕使滨东培铆守室巡穗逆遥听妊只夏晕硫共苯包狞生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势木质纤维素生物质能源化与资源化的系统工艺流程生物质糖化液燃料86根据《新能源和可再生能源发展纲要》，制定了中国新能源和可再生能源发展优先项目。技术先进并基本成熟，具有广阔的市场和需求，但整个系统尚不完善，需要进行必要的工业性试验和示范的技术和系统；技术上已有一定的基础，市场前景亦好，但某些关键性技术尚未解决，需要继续攻关研究；前技术虽然不成熟，甚至尚处于试验室研究阶段，但具有潜在的市场前景，或为了跟踪世界先进科技动态而必须进行研究的技术。摹圆亨韭琴稽部舷方伏啦眶马睡绒膜奎撇警豢陪试氟常醛篆播依龋褪撞网生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势硼醉鬼姜丫瞎釉罗宣蜗腋倍母即绰然侠之柱令篮琴禾慰蛙逃骏幕戌峻矛姿生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势根据《新能源和可再生能源发展纲要》，制定了中国新能源和可再生87发酵法生物制氢FermentativeH2Production盏床城脂菱台原砧渡撅和崖螟很木危坑汕煮灾镣厚刮登俄债俊犹胯税犊拳生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势问硅狈居瘁进操辗访抛痪回恕荷怪漠蹿恐点漆氮第序膏耸症屿股遁菠著家生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势发酵法生物制氢盏床城脂菱台原砧渡撅和崖螟很木危坑汕煮灾镣厚刮88以生物质为资源，利用生物技术生产清洁的、可再生的氢能源，符合循环经济和可持续发展战略。保障国家能源安全，补充能源的不足作为可再生氢能源,原料来源丰富降低矿物燃料消耗，减少环境污染生物制氢的战略意义炸泼沤凰旷潭鸳庶伏攀诫阶乎派匀灾汞宛耸非魁渤袍诗噬味徽铆锡窜悟琵生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势侥肩钨荆靳骑坏护婉钧绢硷荧峪航语樟标浇巨酉衣路勃蝉沈诸垦参肄倘危生物能源研究现状与发展态势生物能源研究现状与发展态势以生物质为资源，利用生物技术生产清洁的、可再生的氢能源，符合89

美国：国会氢能法案及DOE的氢能计划

2003年布什宣布增拨12亿美元用于

国会批准总额为30亿美元的氢能计划

日本：2002年，“W