中山大学生科院《生物技术学》课件-四、生物技术与生物能源.ppt

生物技术与生物能源 关于能源 能源是人类社会发展之本。 光合作用把太阳能富集并储存于有机物中。 18世纪以来的工业革命以化石（矿物）能源为基础。 能源开发技术转向风能、核能、水能、生物质能等可再生能源。 生物技术与生物能源 随着以煤、石油和天然气为代表的矿物能源的不断探明和开采，人们越来越意识到当今社会面临的潜在能源危机。 发展新能源，特别是生物质能源(Bioenergy)，已成为急需解决的重大科学技术及产业发展问题。 能源危机 （1）化石能源不可再生； （2）化石能源对地球的严重污染； （3）化石能源储藏量日益减少： 全球石油储量（2002）：140.6亿吨，按年均开采3亿吨，40－50年用尽；煤炭100年用尽。 油价在50-150美元/桶的高位运行，严重影响世界经济安全。 我国的能源危机 能源状况恶劣：我国人均能源资源不到世界平均值的1/2; 石油人均不到世界平均值的1/10，储藏量仅占世界2％，2020年枯竭； 1993年起成为石油净进口国；年递增7－10％； 2004年进口石油近2亿吨，年增34.8％，占总需求40％，2005年达50％； 我国的能源危机 2007年产汽车约1000万辆…；保有量为2000年三倍；2015年再多2－3倍； 预计2010年耗油世界第二，2020世界第一；生产能力仅1.7亿吨； 二氧化碳第二大排放国，即将超越美国第一。 生物质与生物能源 生物质(Biomass):来源于生命有机体的全部物质，然而从其作为生物能源生产看，则主要是指绿色植物（能源作物）通过光和作用产生以淀粉和木质纤维素为主要成分的生物大分子。 生物能源(Bioenergy):目前主要指生物质发电(Biopower)和基于生物质生产的各种机动车液体燃料(Biofuels)、沼气等。 生物质能源是唯一可转化为液体燃料的可再生资源； 是一种可显著降低环境中温室气体CO2和酸雨主要成分SO2的能源。 植物基生物质原料生长过程中吸收CO2，其生产和使用不会导致环境CO2总量的净增长。 适宜于生物能源生产的生物质 (1)糖质生物质 用于生物能源生产的糖质生物质主要是制糖过程产生的废糖蜜，一般含蔗糖为40~50%，可直接发酵生产燃料酒精，作为机动车燃料或机动车燃料的添加剂。 (2)淀粉质生物质 淀粉质生物质包括谷物和薯类，如玉米、小麦、水稻、甘薯和木薯等，是粮食作物。 适宜于生物能源生产的生物质 (3)木质纤维素类生物质 木质纤维素类生物质被认为是最丰富的资源。如大量农作物秸杆，林业生产中的残枝枯叶。存在问题，体现在： 1)???能量密度低，导致采收和贮运的成本高； 2)???季节性强，能源生产装置无法稳定运行。 （4）能源作物(Energy crops) 采用植物基因工程技术，选育能量密度高、速生的能源作物品种，并合理种植和采收，将是未来生物能源发展的主要方向。 发展生物能源的益处 （1）生物能源是绿色可再生能源,能够保障社会的可持续发展; （2）对环境友好的清洁能源 ; （3）减轻对进口石油的依赖，保障国家能源安全； （4）促进农产品深加工产业发展。 丰富的生物能源 地球每年生长的生物能源总量为1400－1800亿吨（干重）；10倍于总耗能； 我国的生物能源丰富：每年生产的生物质资源超6亿吨标准煤； 至少50％可开发利用； 生物能源的主要研发领域 （1）生物质发电 生物质发电是最直接、最简单的生物能源生产方式。目前在美国已经形成了7，000MW的装机容量，年370亿kwh的发电量，消耗约6000万吨生物质。预期到2020年，全球范围生物质发电的装机容量将达到30，000MW。 (1)生物质发电 直接燃烧生物质发电 ； 生物质与煤共燃烧(Cofiring)发电 ； 生物质气化(Gasification)： 先将生物质转化成合成气(Synthesis gas)或甲烷/沼气(Methane)，由于燃气驱动的气轮机发电。 生物能源的主要研发领域 (2)生物燃气源 如甲烷/沼气可通过芽孢杆菌属(Bacillus)、假单胞菌属(Pseudomonas)、变性杆菌属(Proteus)等厌氧发酵，将纤维素、脂肪、蛋白等粗造有机物转化产生。 我国农村曾推广沼气生产，目前每年沼气产量约相当于300万吨煤炭。 生物能源的主要研发领域 （3）生物燃料 生物燃料主要指燃料酒精(Fuel ethanol)和生物柴油(Biodiesel)，也包括一些基于生物质生产的醚类、脂类和其他可用来驱动车辆的化学品。 燃料酒精完全与现有加油设施相容，不会增加二氧化碳排放，是高效清洁可再生能源。 燃料酒精的环保优势 在汽油中添加一定比例的乙醇，也可提高汽油辛烷值、清洁引擎、