現(xiàn)代生物技術(shù)與能源演示文稿本文檔共56頁(yè)；當(dāng)前第1頁(yè)；編輯于星期一\17點(diǎn)45分優(yōu)選現(xiàn)代生物技術(shù)與能源本文檔共56頁(yè)；當(dāng)前第2頁(yè)；編輯于星期一\17點(diǎn)45分煤炭

石油不可再生 能源天然氣本文檔共56頁(yè)；當(dāng)前第3頁(yè)；編輯于星期一\17點(diǎn)45分本文檔共56頁(yè)；當(dāng)前第4頁(yè)；編輯于星期一\17點(diǎn)45分太陽(yáng)能

風(fēng)能水電能可再生 能源 生物能海洋能 地?zé)崮鼙疚臋n共56頁(yè)；當(dāng)前第5頁(yè)；編輯于星期一\17點(diǎn)45分生物技術(shù)與能源微生物與石油開(kāi)采未來(lái)石油的替代物—乙醇植物“石油”甲烷與燃料源未來(lái)新能源本文檔共56頁(yè)；當(dāng)前第6頁(yè)；編輯于星期一\17點(diǎn)45分生物技術(shù)與能源微生物與石油開(kāi)采未來(lái)石油的替代物—乙醇植物“石油”甲烷與燃料源未來(lái)新能源本文檔共56頁(yè)；當(dāng)前第7頁(yè)；編輯于星期一\17點(diǎn)45分微生物與石油開(kāi)采?微生物勘探石油?微生物二次采油?微生物三次采油本文檔共56頁(yè)；當(dāng)前第8頁(yè)；編輯于星期一\17點(diǎn)45分本文檔共56頁(yè)；當(dāng)前第9頁(yè)；編輯于星期一\17點(diǎn)45分本文檔共56頁(yè)；當(dāng)前第10頁(yè)；編輯于星期一\17點(diǎn)45分微生物二次采油原理：利用微生物能在油層中發(fā)酵并產(chǎn)生大量的酸性物質(zhì)及H2、CO2及CH4等氣體的生理特點(diǎn)。微生物產(chǎn)氣可增加地層壓力，提高采油率。酸性物質(zhì)可溶于原油中，降低原油的黏度，使原油便于開(kāi)采。效率：采油量可提高20%～30%本文檔共56頁(yè)；當(dāng)前第11頁(yè)；編輯于星期一\17點(diǎn)45分原理：選育或利用微生物分子生物學(xué)技術(shù)構(gòu)建能產(chǎn)生大量酸性物質(zhì)、CO2、甲烷以及高聚物、糖酯等表面活性劑等物質(zhì)的菌株。讓這些工程菌能在油層中不僅產(chǎn)生氣體增加井壓,而且還能通過(guò)分泌的表面活性劑,降低油層表面張力,使原油從巖石中、沙土中松開(kāi),黏度減低,從而提高采油量。效率：進(jìn)一步提高采油量15%～30%。微生物三次采油本文檔共56頁(yè)；當(dāng)前第12頁(yè)；編輯于星期一\17點(diǎn)45分本文檔共56頁(yè)；當(dāng)前第13頁(yè)；編輯于星期一\17點(diǎn)45分本文檔共56頁(yè)；當(dāng)前第14頁(yè)；編輯于星期一\17點(diǎn)45分生物技術(shù)與能源微生物與石油開(kāi)采未來(lái)石油的替代物—乙醇植物“石油”甲烷與燃料源未來(lái)新能源本文檔共56頁(yè)；當(dāng)前第15頁(yè)；編輯于星期一\17點(diǎn)45分生物技術(shù)與能源微生物與石油開(kāi)采未來(lái)石油的替代物—乙醇植物“石油”甲烷與燃料源未來(lái)新能源本文檔共56頁(yè)；當(dāng)前第16頁(yè)；編輯于星期一\17點(diǎn)45分未來(lái)石油的替代物—乙醇?生產(chǎn)乙醇燃料的意義及生化機(jī)理?乙醇替代石油的案例?乙醇替代石油所用的原材料和所面臨的問(wèn)題?纖維素發(fā)酵生產(chǎn)乙醇本文檔共56頁(yè)；當(dāng)前第17頁(yè)；編輯于星期一\17點(diǎn)45分車用乙醇汽油車用乙醇汽油本文檔共56頁(yè)；當(dāng)前第18頁(yè)；編輯于星期一\17點(diǎn)45分

生產(chǎn)乙醇燃料的意義及生化機(jī)理意義：1產(chǎn)能效率高；

2在燃燒期間不生成有毒的一氧化碳，其污染程度低于其他常用燃料所造成的污染；

3可通過(guò)微生物大量發(fā)酵生產(chǎn)，其成本相對(duì)較低。因而這項(xiàng)技術(shù)很容易被人們所采納和推廣。本文檔共56頁(yè)；當(dāng)前第19頁(yè)；編輯于星期一\17點(diǎn)45分生產(chǎn)乙醇燃料的意義及生化機(jī)理生化機(jī)理：乙醇發(fā)酵所需的原材料可選用蔗糖，發(fā)酵所需的微生物主要是酵母菌。酵母菌含有豐富蔗糖水解酶和酒化酶。蔗糖水解酶是胞外酶，能將蔗糖水解為單糖(葡萄糖、果糖)。酒化酶是胞內(nèi)參與乙醇發(fā)酵的多種酶的總稱，單糖必須透過(guò)細(xì)胞膜進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，在酒化酶的作用下進(jìn)行厭氧發(fā)酵并轉(zhuǎn)化成乙醇及CO2，而后乙醇及CO2通過(guò)細(xì)胞膜被排出體外。本文檔共56頁(yè)；當(dāng)前第20頁(yè)；編輯于星期一\17點(diǎn)45分本文檔共56頁(yè)；當(dāng)前第21頁(yè)；編輯于星期一\17點(diǎn)45分生化機(jī)理：

如果是用淀粉類的多糖，則必須先水解成單糖后才能被發(fā)酵。淀粉的糖化通常是利用米曲霉或黑曲霉，糖化后再接種酵母菌進(jìn)行酒精發(fā)酵。酵母菌發(fā)酵乙醇的生化過(guò)程是采用厭氧途徑。工業(yè)發(fā)酵上常用的菌株有：啤酒酵母

(S.cereuisiae)中的德國(guó)1號(hào)和12號(hào)及臺(tái)灣酵母、葡萄汁酵母(S.uvarum)等。

生產(chǎn)乙醇燃料的意義及生化機(jī)理本文檔共56頁(yè)；當(dāng)前第22頁(yè)；編輯于星期一\17點(diǎn)45分本文檔共56頁(yè)；當(dāng)前第23頁(yè)；編輯于星期一\17點(diǎn)45分乙醇替代石油的案例?巴西

太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的生物材料中最理想的是甘蔗。據(jù)有關(guān)資料報(bào)道，每公頃耕地平均可產(chǎn)甘蔗干物質(zhì)35～40噸，所產(chǎn)生的能量相當(dāng)于14.5噸石油或24-26噸煤所產(chǎn)生的熱值。 巴西是盛產(chǎn)甘蔗的國(guó)家，也是一個(gè)利用發(fā)酵工藝生產(chǎn)乙醇替代部分石油的典型國(guó)家。

1980年，巴西每年大約有4000兆升的乙醇出口。

1985年，巴西乙醇產(chǎn)量為11900兆升，出售的汽車中的3/4是用乙醇作燃料的。在1000萬(wàn)輛汽車中有120萬(wàn)輛完全使用乙醇，其余的使用含23％乙醇的混合汽油。1988年,88％的新轎車的發(fā)動(dòng)機(jī)都使用乙醇。本文檔共56頁(yè)；當(dāng)前第24頁(yè)；編輯于星期一\17點(diǎn)45分?烏拉圭靠種植65萬(wàn)公頃的甜高粱并用于發(fā)酵生產(chǎn) 酒精，其產(chǎn)量可替代大約45％的石油。這65萬(wàn)公 頃土地只相當(dāng)該國(guó)領(lǐng)土面積的4％，并不會(huì)影響用 于產(chǎn)糧和飼養(yǎng)牲畜所需的土地。?非洲的馬拉維早在1982年就投產(chǎn)生產(chǎn)乙醇并用于燃料。它的年產(chǎn)量為1000萬(wàn)升。而該國(guó)每年所需

的汽油量?jī)H5000萬(wàn)升，可滿足市場(chǎng)所需汽油量的20％。本文檔共56頁(yè)；當(dāng)前第25頁(yè)；編輯于星期一\17點(diǎn)45分?發(fā)達(dá)國(guó)家也種植一些適合其本國(guó)氣候的燃料農(nóng)作物。像澳大利亞、美國(guó)、瑞士和法國(guó)，也開(kāi)始利用大量農(nóng)作物剩余物及森林的廢棄物發(fā)酵乙醇。1987年，美國(guó)用玉米作原料發(fā)酵生產(chǎn)大約3萬(wàn)億升的乙醇，到1989年已達(dá)到32萬(wàn)億升乙醇產(chǎn)量。本文檔共56頁(yè)；當(dāng)前第26頁(yè)；編輯于星期一\17點(diǎn)45分本文檔共56頁(yè)；當(dāng)前第27頁(yè)；編輯于星期一\17點(diǎn)45分?jǐn)[脫石油缺乏的困境本文檔共56頁(yè)；當(dāng)前第28頁(yè)；編輯于星期一\17點(diǎn)45分乙醇代替石油所用的原材料和所面臨的困難?在當(dāng)前世界人口相當(dāng)密集 的時(shí)代，可利用的土地資 源日益減少，糧食供應(yīng)仍 是一大問(wèn)題；?糧食成本較高，這樣就可 能增加乙醇生產(chǎn)的成本， 使乙醇價(jià)格明顯高于石油 價(jià)格。本文檔共56頁(yè)；當(dāng)前第29頁(yè)；編輯于星期一\17點(diǎn)45分關(guān)鍵：高效地利用纖維素來(lái)代替糧食生產(chǎn)乙醇的工藝“生物技術(shù)”本文檔共56頁(yè)；當(dāng)前第30頁(yè)；編輯于星期一\17點(diǎn)45分纖維素發(fā)酵生產(chǎn)乙醇?酸、堿處理法

國(guó)內(nèi)許多生產(chǎn)乙醇的高活性菌株均不能直接利用纖維素作為發(fā)酵過(guò)程中所需的糖類物質(zhì)，必須對(duì)所含的纖維素進(jìn)行一系列的酸、堿處理，并轉(zhuǎn)化成微生物可利用的糖類。然后再使用微生物發(fā)酵生產(chǎn)乙醇。

缺點(diǎn)：條件苛刻，對(duì)設(shè)備有很強(qiáng)的腐蝕作用，需要耐酸堿的設(shè)備；水解過(guò)程會(huì)生成有毒的分解產(chǎn)物如糖醛、酚類等物質(zhì)；水解成本較高等。本文檔共56頁(yè)；當(dāng)前第31頁(yè)；編輯于星期一\17點(diǎn)45分?酶水解法

需要葡聚糖內(nèi)切酶(ED)、纖維二糖水解酶(CHB)和β-葡萄糖酶(GL)這三種酶的協(xié)同作用才行。能產(chǎn)生這三種酶并被分泌到胞外的是真菌類微生物，如正青霉、木霉和疣孢青霉。顯然，如利用上述菌株對(duì)纖維素進(jìn)行直接發(fā)酵，就不需要對(duì)纖維素進(jìn)行酸堿預(yù)處理。優(yōu)點(diǎn)：這種發(fā)酵工藝所需的設(shè)備簡(jiǎn)單，成本低。缺點(diǎn)：所獲的乙醇產(chǎn)量不高，因而生產(chǎn)成本較高。本文檔共56頁(yè)；當(dāng)前第32頁(yè)；編輯于星期一\17點(diǎn)45分?混合發(fā)酵法

熱纖梭菌能直接分解纖維素生成乙醇，但乙醇產(chǎn)量低(50％)，而熱硫化氫梭菌不能直接利用纖維素，但所產(chǎn)出的乙醇量相當(dāng)高。因此，如把兩者微生物進(jìn)行混合直接發(fā)酵，其產(chǎn)率可達(dá)75％以上。優(yōu)點(diǎn)：可避免用酸堿法或酶法水解纖維素時(shí)所引發(fā)的部分問(wèn)題。本文檔共56頁(yè)；當(dāng)前第33頁(yè)；編輯于星期一\17點(diǎn)45分?基因工程技術(shù)

既能直接利用纖維素又能高產(chǎn)乙醇的基因工程菌，也是潛在的最有發(fā)展前途的技術(shù)之一。 目前基因工程菌的構(gòu)建主要采用兩種技術(shù)路線： ①把能水解纖維素的葡聚糖內(nèi)切酶基因、纖維二糖水解酶、β-葡萄糖苷酶基因克隆在能產(chǎn)生乙醇的菌株中，并研究該菌株利用纖維素作原料的情況。 ②把能產(chǎn)生乙醇的基因克隆到能降解纖維素，但不能生產(chǎn)乙醇的菌株中。例如，把運(yùn)動(dòng)發(fā)酵單胞菌的丙酮酸脫羧酶基因和乙醇脫氫酶基因轉(zhuǎn)移到不能生產(chǎn)乙醇的克雷伯氏氧化桿菌中就能直接發(fā)酵纖維素產(chǎn)生乙醇。本文檔共56頁(yè)；當(dāng)前第34頁(yè)；編輯于星期一\17點(diǎn)45分?新的纖維素乙醇廠的內(nèi)部圖示，該裝 置可以把農(nóng)業(yè)纖維素廢棄物轉(zhuǎn)化為乙 醇。在右邊的那個(gè)發(fā)酵罐內(nèi)部，生化 酶可以有效降解纖維素。?面臨困難：由于纖維素分子是一種異質(zhì)結(jié)構(gòu)的聚合物，水解速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于淀粉和其他糖類化合物。直到現(xiàn)在，纖維乙醇還被限制在實(shí)驗(yàn)室生產(chǎn)或小規(guī)模示范性工廠階段，在美國(guó)還沒(méi)有商業(yè)運(yùn)行規(guī)模的纖維乙醇生產(chǎn)廠，美國(guó)能源部正在資金支持12個(gè)甚至更多的公司建立纖維乙醇示范工廠或商業(yè)運(yùn)營(yíng)工廠。本文檔共56頁(yè)；當(dāng)前第35頁(yè)；編輯于星期一\17點(diǎn)45分生物技術(shù)與能源微生物與石油開(kāi)采未來(lái)石油的替代物—乙醇植物“石油”甲烷與燃料源未來(lái)新能源本文檔共56頁(yè)；當(dāng)前第36頁(yè)；編輯于星期一\17點(diǎn)45分生物技術(shù)與能源微生物與石油開(kāi)采未來(lái)石油的替代物—乙醇植物“石油”甲烷與燃料源未來(lái)新能源本文檔共56頁(yè)；當(dāng)前第37頁(yè)；編輯于星期一\17點(diǎn)45分植物“石油”“石油”植物，是指那些可以直接生產(chǎn)工業(yè)用燃料油，或經(jīng)發(fā)酵加工可生產(chǎn)燃料油的植物的總稱。

現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)的大量可直接生產(chǎn)燃料油的植物，主要分布在大戟科。這些“石油”植物能生產(chǎn)低分子氫化合物，加工后可合成汽油或柴油的代用品。本文檔共56頁(yè)；當(dāng)前第38頁(yè)；編輯于星期一\17點(diǎn)45分發(fā)現(xiàn)歷程植物“石油”20世紀(jì)70年代，石油輸出國(guó)組織成員國(guó)因故決定臨時(shí)停止向美國(guó)出口石油，以示制裁。美國(guó)加利福尼亞大學(xué)的化學(xué)家、諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)得主梅爾溫·卡爾文突發(fā)奇想，決定尋找可能生產(chǎn)"石油"的植物，進(jìn)而從地里"種"出石油來(lái)。它的膠汁的化學(xué)成分與柴油相似，無(wú)需加工提煉，即可充當(dāng)柴油使用。三葉橡膠樹(shù)本文檔共56頁(yè)；當(dāng)前第39頁(yè)；編輯于星期一\17點(diǎn)45分植物“石油”?產(chǎn)“石油”的樹(shù)木牛奶樹(shù)油楠銀合歡樹(shù)三角大戟蘭桉樹(shù)麻風(fēng)樹(shù)本文檔共56頁(yè)；當(dāng)前第40頁(yè)；編輯于星期一\17點(diǎn)45分油料植物向日葵油棕櫚椰子花生油菜子巴巴蘇堅(jiān)果本文檔共56頁(yè)；當(dāng)前第41頁(yè)；編輯于星期一\17點(diǎn)45分藻類產(chǎn)油

藻類能產(chǎn)生大量的脂類，可用來(lái)制造柴油及汽油。 早期英國(guó)《新科學(xué)家》報(bào)道，美國(guó)設(shè)在科羅拉多州

的太陽(yáng)能研究所用一個(gè)直徑20m的池塘養(yǎng)殖藻類，

年產(chǎn)藻4噸多，可產(chǎn)油3000多升。目前，這個(gè)研究

組正從分子生物學(xué)角度，開(kāi)發(fā)能產(chǎn)更多的油脂類的

藻類，研究目標(biāo)是用藻類生產(chǎn)的汽油能提供美國(guó)機(jī)動(dòng)

車所用燃料總量的8％～10％。本文檔共56頁(yè)；當(dāng)前第42頁(yè)；編輯于星期一\17點(diǎn)45分本文檔共56頁(yè)；當(dāng)前第43頁(yè)；編輯于星期一\17點(diǎn)45分最近美國(guó)西北太平洋國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（PacificNorthwestNationalLaboratory）的科學(xué)家宣稱，他們成功完善了一種將藻類轉(zhuǎn)化為原油的新工藝，方法是對(duì)藻類原料進(jìn)行30分鐘的“高壓蒸煮”。由此產(chǎn)生的是輕質(zhì)低硫原油，可加入處理化石原油的煉油爐，得到進(jìn)一步的提煉。在實(shí)驗(yàn)室通過(guò)高溫高壓模擬地球在幾百萬(wàn)年中將藻類轉(zhuǎn)化為石油的過(guò)程。本文檔共56頁(yè)；當(dāng)前第44頁(yè)；編輯于星期一\17點(diǎn)45分生物技術(shù)與能源微生物與石油開(kāi)采未來(lái)石油的替代物—乙醇植物“石油”甲烷與燃料源未來(lái)新能源本文檔共56頁(yè)；當(dāng)前第45頁(yè)；編輯于星期一\17點(diǎn)45分生物技術(shù)與能源微生物與石油開(kāi)采未來(lái)石油的替代物—乙醇植物“石油”甲烷與燃料源未來(lái)新能源本文檔共56頁(yè)；當(dāng)前第46頁(yè)；編輯于星期一\17點(diǎn)45分甲烷與燃料源?甲烷氣可產(chǎn)生機(jī)械能、電能及熱能。目前甲烷已作為一種 燃料源，并可通過(guò)管道進(jìn)行輸送，供給家庭及工業(yè)使用或 轉(zhuǎn)化成為甲醇作為內(nèi)燃機(jī)的輔助性燃料。?天然氣氣源是由遠(yuǎn)古時(shí)代的生物群體衍變而來(lái)，通過(guò)鉆井 開(kāi)采獲得的，是一種不可再生的能源。在地表也存在甲 烷，它主要來(lái)自于天然的濕地、稻根及動(dòng)物的腸道內(nèi)發(fā)酵 而釋放的，其相對(duì)總量大約分別為20％、20％及15％。家 養(yǎng)的牲畜是動(dòng)物釋放甲烷的主要來(lái)源，大約占所有動(dòng)物釋 放甲烷量的75％。而人類僅占0.4％。本文檔共56頁(yè)；當(dāng)前第47頁(yè)；編輯于星期一\17點(diǎn)45分生產(chǎn)甲烷的生化機(jī)制?厭氧微生物可通過(guò)厭氧發(fā)酵途徑生產(chǎn)甲烷。整個(gè)發(fā)酵過(guò)程分為三個(gè)主要步驟：①初步反應(yīng)：利用芽孢桿菌屬、假單胞菌屬及變形桿菌屬等微生物把纖維素、脂肪和蛋白質(zhì)等很粗糙的有機(jī)物轉(zhuǎn)化成可溶性的混合組分。②微生物發(fā)酵過(guò)程：低相對(duì)分子質(zhì)量的可溶性組分通過(guò)微生物厭氧發(fā)酵作用轉(zhuǎn)化成有機(jī)酸。③甲烷形成：通過(guò)甲烷菌把這些有機(jī)酸轉(zhuǎn)化為甲烷及CO2。顯然，甲烷生產(chǎn)是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，有若干種厭氧菌參與該反應(yīng)過(guò)程。本文檔共56頁(yè)；當(dāng)前第48頁(yè)；編輯于星期一\17點(diǎn)45分農(nóng)村常用發(fā)酵生產(chǎn)甲烷的原料及沼氣產(chǎn)量本文檔共56頁(yè)；當(dāng)前第49頁(yè)；編輯于星期一\17點(diǎn)45分?我國(guó)是沼氣生產(chǎn)量最大的國(guó)家，生產(chǎn)量高達(dá)7×106

生物氣 單位，相當(dāng)于2.2×107噸煤的能量。如按目前國(guó)內(nèi)物價(jià)分析，在農(nóng)村建造一個(gè)糞便發(fā)酵池來(lái)生產(chǎn)沼氣供家庭使用的造價(jià)，很可能會(huì)低于一輛自行車的價(jià)格。據(jù)報(bào)道國(guó)內(nèi)農(nóng)村正在使用的厭氧發(fā)酵反應(yīng)器(沼氣池)超過(guò)500萬(wàn)個(gè)。此外，工廠和大型畜牧場(chǎng)還有10000個(gè)大中型沼氣池。本文檔共56頁(yè)；當(dāng)前第50頁(yè)；編輯于星期一\17點(diǎn)45分應(yīng)用舉例?在美國(guó)加州，采用牛糞生產(chǎn)甲烷能給一個(gè)工廠提供20000kW·h的電能。美國(guó)一牧場(chǎng)建立一座反應(yīng)發(fā)酵池，主體是一個(gè)寬30m，長(zhǎng)213m的密封池，利用牧場(chǎng)糞便和其他有機(jī)廢物等，每天可處理1640噸廄肥，每天可為牧場(chǎng)提供113000m3的甲烷，足夠一萬(wàn)戶居民使用。?日本曾研究開(kāi)發(fā)了一套“本地能源綜合利用機(jī)械系統(tǒng)”。該系統(tǒng)由沼氣發(fā)酵反應(yīng)器、發(fā)電設(shè)備、廢物預(yù)處理器及有機(jī)肥

料制作設(shè)備組成。這個(gè)系統(tǒng)每天可處理3～4噸固態(tài)肥30～

35m3左右的液態(tài)肥，可為兩臺(tái)功率為140kW的發(fā)電機(jī)提供動(dòng)力。本文檔共56頁(yè)；當(dāng)前