活动三：动手试一试

世界各国在开发研究生物质能过程中运用的新技术有哪些呢？请你上网查一查，结合老师提供的材料做一个表格（包括技术名称、主要方法、意义等）

生物质能利用新技术简介

   1、生物柴油

    生物柴油原料在林业树种方面， 多年来我国对于木本油料树种研究已有一定基础，油茶、油桐已建立多个育种资源库，形成了较为成熟的丰产栽培技术。如文冠果。寿命长达100年；种子含油率30%～36%，种仁含油率50%～70%。光皮树全果含油酸和亚油酸高达77.68%(其中油酸38.3%、亚油酸38.85%)，红瑞木是理想的生物柴油原料油料树种之一，种子含油量约30％左右，其中油的碘值188.6g碘/100g油，皂化值199.0mgKOH/g。脂肪酸组成为：肉豆蔻酸微量，棕榈酸28.2%，硬脂酸0.9%，十六碳稀酸5.1%，油酸14.0%，亚油酸41.1%，亚麻酸10.1%，未鉴定酸0.5%。海南省的油楠树，产油率和巴西苦配巴相当。中国石油大学对黄连木也做了大量的工作，如以我国现有荒地中的2%即2000万亩用于种植黄连木树，每亩40棵，每棵产果20kg，出油率按25%计，可供制造15.0Mt生物柴油。其它木本油料树种如乌桕、巴旦杏、榛子等具有地方特色的油料树种研究也取得进展。我国林业生物质能源开发利用较晚，但发展较快，不少科研院校和企业已进入开发利用阶段，尤其是在生物柴油开发研究和油料树种筛选，良种选择、培育及其加工工艺等方面已取得了阶段性成果。同样国外也作了大量工作，如美国从300多种植物中挑出13种理想的”石油树”， 其中香槐树，公顷可产油50桶以上，三角大灌木的树皮的乳汁，提纯后可成为石油燃料，巴西的苦配巴树，划破树皮，每小时可流出1--20立升油状物，澳大利亚的多株胺，可按树油的方法生产出燃料油，这些成果都可以供我国林业发展作借鉴。

    在开展多种原料工艺路线方面， 未来我国生物柴油的生产必定走多原料路线，这对生物柴油技术开发提出了挑战，必须开发能同时适应多种原料要求的生物柴油技术。这方面国已得多项成果，中国林科院林产化工研究所今年通过鉴定。“天然油脂制备生物柴油新技术研究”该成果以天然油脂（菜籽油、棉籽油、垃圾油）为原料，采用不同工艺制备生物柴油并联产脂肪酸二聚体，制得的生物柴油达到国外生物柴油的标准，二聚体成功应用于生产环氧树脂固化剂行业，提高了生物柴油的综合经济效益。清华大学针对传统酶法工艺瓶颈开发的生物酶法转化可再生油脂原料制备生物柴油新工艺，在常温常压下可将动植物油脂有效转化生成生物柴油，产率达90%以上，降低了酶的使用成本，使酶法生产生物柴油成本与化学法相当。另外该工艺生产生物柴油的同时， 还将副产物甘油转化成高附加值的产品1，3-丙二醇，提高了整个生产过程的经济效益。 北京化工大学成功开发出酯化专用脂肪酶技术，酶活性已达到6000IU/ml，超过国际脂肪酶的垄断企业丹麦NOVOZYMES公司，建立了国内外第一套200吨/年酶法生物柴油中试装置。

    2、 燃料乙醇

    用绿色植物制造乙醇工艺的方法很多，主要有(1).热化学转换法，即用固体植物用热介技术，气化生成，CO、氢气、焦油等，在反应炉中直接转换；(2).生物转换法，利用生物质中糖、淀粉、纤维素发酵制乙醇，(3).用化学转换法，以生物质用化学法制糠醛及脂肪酸，再合成一系列化学产品。究竟采用哪种技术，要根据当地具体条件考虑。

    作为乙醇原料，用葡萄糖、淀粉、纤维素制造乙醇是农业系统的重点，从原料供给及社会经济环境效益来看，比较理想的是用含纤维素较高的农林废弃物，废纸浆等生产乙醇工艺路线。即把木质纤维素水解制取葡萄糖，然后将葡萄糖发酵生成燃料乙醇。纤维素水解只有在催化剂存在的情况下才能显着地进行。常用的催化剂是无机酸和纤维素酶，由此分别形成了酸水解工艺和酶水解工艺。我国在这方面开展了许多研究工作，比如华东理工大学开展了以稀盐酸和氯化亚铁为催化剂的水解工艺及水解产物葡萄糖与木糖同时发酵的研究，转化率在70％以上。中国科学院过程工程研究所在国家攻关项目的支持下，开展了纤维素生物酶分解固态发酵糖化乙醇的研究，为纤维素乙醇技术的开发奠定了基础。此外甜高粱是一种抗旱高能源作物，其茎秆汁液和籽粒可用来发酵生产酒精，中科院近物所利用重离子辐照技术得到了9％以上的酒分，将发酵时间缩短为16小时，仅是传统发酵时间的1/4。日本用绿藻，我国利用小球藻制造乙醇都是极为理想的原料。

    美国许多生物公司增加了利用生物工艺学制造乙醇的研究费用。他们希望通过基因工程技术使细菌和真菌等微生物转化出一种特定的酶，再将麦秆等农作物残渣发酵分解成乙醇。业内人士相信，一旦技术突破使得成本大为降低，发展前途很为广阔。在细菌法生产乙醇方面，用一种运动发酵单孢菌，和过去发法酵母一样，可将醣转化成乙醇，更能将含糖低的(25~50%)木糖制乙醇，因此成本低，目前国外已将发酵葡萄糖的菌株和发酵木糖的菌株混用，结果乙醇产量又提高了38%。利用基因转移菌种，其功效更大，更可利用工业废料制乙醇，用此法以废纸浆为原料，转化率可达理论率的80%。近来发展将三种基因菌种同时为玉米秸杆制乙醇，效果更好。

    3、制氢

    氢是高效、洁净、可再生的二次能源，其用途越来越广泛，氢能的应用将势不可当地进人社会生活的各个领域。生物制氢技术的发展早在19世纪，人们就已经认识到细菌和藻类具有产生分子氢的特性。20世纪70年代的石油危机使各国政府和科 学家意识到急需寻求替代能源，生物制氢第一次被认为具有实用的可能。在生物制氢研究领域，以碳水化合物为供氢体，利用纯的光合细菌或厌氧细菌制备氢气，并先后用一些微生物载体或包埋剂，细菌固定化的一系列反应器系统进行了研究。直到 20 世纪90年后期，通过厌氧发酵成功制备出生物氢气，使生物制取成本大大降低，并使生物制氢技术在走向实用化方面有了实质性的进展。

    生物制氢过程可以分为5类：（1）利用藻类或者青蓝菌的生物光解水法；（2）有机化合物的光合细菌（PSB）光分解法；（3）有机化合物的发酵制氢；（4）光合细菌和发酵细菌的耦合法制氢；（5）酶催化法制氢。 目前发酵细菌的产氢速率较高，而且对条件要求较低，具有直接应用前景。但PSB光合产氢的速率比藻类快，能量利用率比发酵细菌高，且能将产氢与光能利用、有机物的去除有机地耦合在一起，因而相关研究也最多，也是最具有潜在应用前景的方法之一。生物制氢的微生物种类及方式迄今为止，已研究报导的产氢生物类群包括了光合生物（厌氧光合细菌、蓝细菌和绿藻X非光合生物（严格厌氧细菌、兼性厌氧细菌和好氧细菌）和古细菌类群。

    我国最新以厌氧活性污泥为菌种来源，以废糖蜜为原料，采用两相厌氧反应器制备出氢气，开创了利用非固定化菌种进行生物制氢的新途径，由于此技术采用的是混合菌种，提高了生物制氢技术工业化的可行性。还有以牛粪堆肥作为天然混合产氢菌来源，以蔗糖和淀粉为底物，通过厌氧发酵制备了生物氢气。生物制氢的供氢体仍局限于简单的碳水化合物；大多数研究都集中在细胞和酶固定化技术上，如探讨产氢菌种的筛选及包埋剂的选择等。

    在生物制氢的全过程中，氢气的纯化与储存也是一个很关键的问题。生物法制得的氢气含量通常为60％－90％（体积分数），气体中可能混有CO2、O2和水蒸气等。可以采用传统的化工方法来除去。在氢气的几种储存方法（压缩、液化、金属氢化物和吸附）中，纳米材料吸附储氢是目前认为最有前景的。

    4、继乙醇燃料、生物柴油之后，未来最有可能把我们从石油依赖中“拯救”出来的，就是新的绿色能源——水藻燃油。目前，这种提炼自水藻的燃油已经开始步入商用领域。

　　美国《大众科学》网站报道说，科学家很早就提出用植物来提炼燃油，不过很少人会想到用水藻来做原料。如今，这种绿色植物异军突起，成为最有力的竞争者。水藻通过光合作用生产植物油，最终可被转化成“生物柴油”。和其他植物相比，水藻可以种植在任何地方，能够迅速繁殖，而且几乎不需要特别的养分。美国明尼苏达大学生物提炼中心主任罗杰·鲁安说：“按照水塘培植海藻的做法，人们很容易就可以生产出19000公升的燃油，但是同样重量的大豆只能生产190公升的燃油。这就是海藻和大豆的不同，它们的产油量相差100倍。”

　　如今，海藻技术正逐渐进入商用领域。据美国《亚利桑那共和报》9月2日报道，美国亚利桑那州立大学的一个公司目前已经筹集到300万美元资金用于开发把水藻变成飞机燃料的先进技术。该大学的两位科学家相信，通过种植水藻最终每天每英亩可获得一桶飞机燃料。美国国防部和一些商业航空公司对这一技术非常感兴趣。英国《金融时报》也报道说，总部设在美国加利福尼亚州的一家最新成立的企业，上周也已证实筹集了4540万美元资金。加拿大媒体报道说，该公司首席执行官沃尔夫逊表示，他的公司将在未来3年里用水藻生产出数百万加仑的生物燃油。事实上，这家公司已经制成了水藻燃油，最近被证明可以用于柴油汽车，而且可用于现在的石油提炼厂。该公司将在未来两年里租借或者建造一个工厂，对水藻燃油进行商业化生产，年产量可达数百万加仑。

我国生物质能源工业的进展及结语

国家投入大量人力与资金支持开发生物能源，中国石化总公司，决定在2020年以前，对生物资能源投入8000亿元资金，列入计划，第一批用秸杆发电的电厂已经投产，如河北石家庄晋州市、山东荷泽市单县、江苏宿迁等已于2003年投产。2010年再建新厂达到装机总量的10%，2020年达到16%。国家林业局于2007年在云南、四川建立生物质能源林60万亩，”十一五”期间将发展到1500万亩，届时可供600万吨生物柴油及1500KV发电的原料，用木质纤维素制乙醇。外资企业在中国合作的生物能源也达20多家。