第九章生物技术与能源
生物能源与可再生能源技术的比较
生物能源与可再生能源技术的比较随着全球气候变化的加剧和越来越紧迫的能源需求，生物能源和可再生能源在现代社会的发展中扮演着越来越重要的角色。
在此背景下，本文将比较生物能源和可再生能源技术，并探讨两者在未来能源产业中的发展前景。
一、生物能源技术生物能源技术是指利用植物、动物、微生物等生物体材料进行能源转换的技术。
其中，最为常见的生物能源技术包括生物质能（如木材、秸秆、麻杆等）、沼气能（如粪便等有机污泥）、生物柴油和生物乙醇等。
比较显著的优点是生物能源的原材料相对容易获得，可以再生和再利用，相比之下石油、天然气等化石能源越来越难以获得。
此外，生物能源技术还具有低碳排放、技术完整性、低成本等优点。
然而，与生物能源技术联系紧密的是现代农业和森林资源的领域。
如果我们采用大规模的生物质能和生物柴油的生产模式，将肥料和土地用于大量的能源生产可能会影响农业和森林的健康发展，同时还可能导致林种病虫害引发的疫情等严重问题。
所以，在生物能源技术的发展过程中，应该掌握扎实的技术和良好的政策支持，避免对生态环境造成负面影响。
二、可再生能源技术可再生能源技术则是指使用风能、太阳能、水能等可再生的自然能源进行能源转换的技术。
该技术的应用被认为是可持续能源的代表，因为其在短时间内所能产生的能量是不限制的。
与生物能源技术不同的是，可再生能源技术有更广泛的应用范围，因为风能、太阳能、水能等自然资源几乎在世界各地都有，而生物能源的生产则需要根据当地的气候和土壤条件来定制。
相比生物能源技术的优点而言，可再生能源技术也存在一些缺点。
首先，它们的设备和设施成本相对较高。
同时，不同的可再生能源具有不同的发展潜力。
例如，太阳能和风能可以很容易地抓取，但是水能则受到地理、气候和环境条件的限制。
三、生物能源和可再生能源的比较从性质上看，生物能源技术和可再生能源技术应该在建设能源产业上相互配合。
两者在能源产业内都是占据了一定市场份额的新型能源技术。
但是，与可再生能源技术相比，生物能源技术无法避免一些问题。
生物技术与能源开发
利用率的同时 ， 还在大力开发太阳能 、 水能 、 风能 、 生物能 等再 生
能源 ， 其 中生物 能源 以既能再生开 发 ， 又经济 、 无公 害等优点 被 普遍认为是未来能源开发 的重要领域 ，特别是生物工程技术应 用于能源 的开发必将成热 门课题。
油资源分布极不均匀 ， 海湾 国家核实的石 油储量 ， １ ９ ８ ０年 占全 世
１ 运用 生物技 术将植 物及 其废弃 物转化 为能源
世界能源统计 资料说 明 ：植物是一种能源 巨大 而且 可恢 复
管理 专业（ 本科 ） ， 馆员 ， 泰 山学 院图书馆 ， 山东省泰安市迎宾 大 第一 作者简 介： 韦忠 明 ， 男， １ ９ ６ ９年生 ， １ ９ ９ ４年毕业 于泰安 师专汉语言文学专业 （ 专科 ） ， ２ ０ ０ ７年毕业 于中央 电大公共事业
界的 ５ ５ ％， 到１ ９ ８ ９年即上升到了 ６ ５ ％， 并且在过去 的 １ ０多年 中
主要 的石油 资源 的新发现均在该地 区。页岩和沙漠里 的还可 以
用 ６ ６ ０年 ， 天然气还可 以用 ７ ２年 ， 铀可用 ２ ７ １ ３ １ 年。 随着世界人 口的增加 ， 工业的高速发展 ， 非再生能源 的形成速度远远 慢于人 类 消耗能源 的速度 。总会有用一天 ， 这些能源会被消耗殆尽 。另
科技情报开发与经济
文章编号： １ ０ ０ ５ — ６ ０ ３ ３ （ ２ ０ １ ３ ） １ ５ — ０ １ ５ ０ — ０ ３
Ｓ Ｃ Ｉ — Ｔ Ｅ Ｃ Ｈ Ｉ Ｎ Ｆ Ｏ Ｒ Ｍ Ａ Ｔ Ｉ Ｏ Ｎ Ｄ Ｅ Ｖ Ｅ Ｌ Ｏ Ｐ Ｍ Ｅ Ｎ Ｔ＆Ｅ Ｃ Ｏ Ｎ Ｏ Ｍ Ｙ
２ ０ １ ３ 年 第２ ３ 卷 第 １ ５ 期
生物质能源的转化与利用技术
生物质能源的转化与利用技术随着全球能源需求的不断增长和对环境保护的日益关注，生物质能源作为一种可再生能源，受到了越来越多的关注。
生物质能源的转化与利用技术在促进可持续发展、减少温室气体排放以及解决能源安全问题方面具有重要的意义。
本文将探讨生物质能源的转化与利用技术，并介绍一些相关的应用。
生物质能源的转化主要包括生物质的化学转化和热能转化两种方式。
化学转化是将生物质通过化学反应转化为液体燃料或化学品。
其中最常见的方式是生物质气化，通过高温和缺氧条件下，将生物质转化为合成气，进而制备液体燃料或化学品。
例如，生物质气化技术可以将农作物秸秆、木材废料等生物质资源转化为合成气，进而制备生物柴油或生物乙醇。
热能转化是将生物质通过燃烧或热解的方式转化为热能，用于供热或发电。
热能转化技术可以通过生物质锅炉将生物质燃烧产生的热能转化为蒸汽，进而驱动蒸汽轮机发电。
生物质的热解则是将生物质在高温条件下分解为固体炭、液体燃料和气体等产物，其中液体燃料可用于制备生物柴油或生物乙醇。
生物质能源的利用技术主要包括生物质电解和生物质液化两种方式。
生物质电解是将生物质通过微生物的作用，将其转化为电能。
其中最常见的方式是利用生物质发酵产生的生物气体，通过燃料电池或发电机将其转化为电能。
生物质液化是将生物质通过催化剂的作用，将其转化为液体燃料。
生物质液化技术可以将生物质废弃物转化为生物柴油或生物乙醇，用于交通运输或工业用途。
除了上述的转化与利用技术，生物质能源还可以应用于生物质炭的制备和生物质燃料电池等领域。
生物质炭是将生物质在低温条件下热解得到的固体炭，具有较高的炭含量和孔隙结构，可用于土壤改良、水质净化和固碳等方面。
生物质燃料电池则是将生物质直接转化为电能的技术，通过生物质的氧化反应和还原反应，将化学能转化为电能，具有高效率和低排放的特点。
生物质能源的转化与利用技术在可持续发展和环境保护方面具有重要的意义。
生物质能源是一种可再生能源，其来源广泛且可再生性强，能够减少对传统能源的依赖，降低能源安全风险。
高中必修一生物章节知识点总结
高中必修一生物章节知识点总结高中必修一生物章节知识点总结高中生物是高中学习过程中非常重要的一门科学课程，它涵盖了生物学的基础知识和原理，意在帮助学生全面了解生物结构、功能和生命现象的规律性。
高中必修一生物章节是高中生物学习的首要内容，本文将对其重要知识点进行总结。
第一章：生命活动的基本特征与基因的本质1. 生命活动的特征包括：生命物质的组成、生命的基本单位、生物的基本过程和调节机制等。
2. 基因是生命活动的遗传物质，它携带着个体遗传信息的核心。
第二章：细胞的结构与功能1. 细胞是生命的基本单位，也是构成生物体的基本组成部分。
2. 细胞包括细胞膜、细胞质、细胞核等部分，每个部分都具有不同的结构和功能。
3. 细胞分为原核细胞和真核细胞，二者的结构和功能有所区别。
4. 细胞器是细胞内具有特定功能的亚细胞结构，如内质网、高尔基体、线粒体等。
第三章：基因的分离与组合1. 基因是遗传信息的基本单位，通过遗传方式传递给后代。
2. 染色体是基因分布的载体，通过染色体的分离与组合实现基因的传递。
3. 遗传的基本规律包括孟德尔的遗传规律和测亲法则。
第四章：基因的自由组合规律1. 基因的自由组合是指在亲代自由组合的基础上，经过杂交和自交等方式，产生各种基因型的后代。
2. 基因的自由组合规律由相关的遗传学定律来解释，包括自由组合第一定律和自由组合第二定律。
第五章：遗传物质的DNA结构与复制1. DNA是遗传物质的主要成分，是细胞内负责遗传的核酸。
2. DNA的结构是双螺旋结构，由核苷酸链组成。
3. DNA复制是细胞分裂过程中的关键步骤，确保遗传信息的传递。
第六章：带电粒子在电场中的运动1. 带电粒子在电场中会受到电场力的作用，产生运动。
2. 受力大小与方向的计算可以通过库仑定律实现。
第七章：物质的传递与能量的转化1. 物质在生物体内通过不同途径进行传递，如扩散、渗透、主动运输等。
2. 能量转化是生命活动的基础，包括光能的转化、化学能的转化等。
高中生物学习中的生物能量转化与新能源技术
高中生物学习中的生物能量转化与新能源技术生物学是一门研究生命现象的科学，其中一个重要的研究领域是生物能量转化。
通过学习生物能量转化，高中生不仅可以了解生命现象的基本原理，还能认识到新能源技术在可持续发展中的重要性。
本文将从光合作用、呼吸作用以及生物能源与新能源技术的联系三个方面展开讨论。
一、光合作用光合作用是生物能量转化的重要过程之一，它将太阳能转化为有机物质的能量。
在光合作用中，叶绿体中的叶绿素通过吸收光能，将二氧化碳和水转化为葡萄糖和氧气。
这个过程可以用化学方程式表示为：6CO2 + 6H2O + 光能→ C6H12O6 + 6O2。
通过学习光合作用，高中生可以了解到光能在生物体内的转化过程，以及光合作用对地球生态系统的重要性。
为了更深入地了解光合作用，高中生还可以通过实验观察叶绿素的吸收光谱以及光合速率的变化等。
二、呼吸作用呼吸作用是生物能量转化的另一个重要过程，它将有机物质中的化学能转化为细胞内能的形式。
呼吸作用可以分为有氧呼吸和无氧呼吸两种类型。
有氧呼吸是指在氧气存在的情况下，将葡萄糖等有机物质完全氧化，产生二氧化碳和水，释放大量能量。
而无氧呼吸是指在氧气缺乏的情况下，将葡萄糖等有机物质部分氧化，产生乳酸或酒精，并释放少量能量。
通过学习呼吸作用，高中生可以了解到有机物质在细胞内的分解过程以及能量的释放方式。
他们还可以通过实验研究呼吸速率的变化以及有氧呼吸和无氧呼吸条件下的能量产量。
三、生物能源与新能源技术的联系生物能源可以通过生物能量转化获得，它主要包括生物质能、生物油、生物气等形式。
生物能源具有可再生和环境友好的特点，可以作为替代传统能源的重要选择。
新能源技术通过开发和利用可再生能源，如太阳能、风能、水能等，实现能源的转化和利用。
生物能源和新能源技术在可持续发展和环境保护方面有着共同的目标。
高中生物学习中的生物能量转化为学生提供了认识生命现象和能源转化的机会。
通过学习光合作用和呼吸作用，他们可以了解到能量在生物体内的转化方式以及其重要性。
生物质能源的开发与利用
生物质能源的开发与利用生物质能源是指通过化学或物理手段将生物质转化为可用能源的过程，是一种可再生的能源形式。
在当前全球能源短缺和环境污染问题日益严重的背景下，生物质能源作为一种清洁、可再生的替代能源，具有重要的开发和利用价值。
本文将从生物质能源的来源、开发技术以及利用方式等方面进行探讨，以期为进一步推动生物质能源的开发与利用提供参考。
一、生物质能源的来源生物质能源的来源广泛，包括农作物秸秆、农业废弃物、园林废弃物、森林木材、植草覆盖物、农作物残余等。
这些生物质资源普遍存在于农田、森林、城市和乡村等各个环境中，其废弃物的综合利用不仅可以减少环境负荷，还可以实现能源资源的高效利用。
二、生物质能源的开发技术1. 生物质能源的生产生物质能源的开发和利用离不开科学的生产技术。
利用生物质能源的生产过程可以分为生物质能源的生产、转化和利用三个环节。
生物质能源的生产主要是通过农业种植、林业和养殖业等方式进行，其中包括生物质能源的种植与收割、秸秆处理和养殖业产生的废弃物利用等。
2. 生物质能源的转化技术生物质能源的转化技术是将生物质资源转变为可用能源的关键环节。
常见的生物质能源转化技术包括生物质发酵、生物质气化和生物质液化等。
其中，生物质发酵是将生物质转化为生物质乙醇、甲醇等液体燃料的过程；生物质气化是将生物质转化为可燃气体的过程；生物质液化是将生物质转化为液态燃料的过程。
三、生物质能源的利用方式1. 生物质能源的热能利用生物质能源的热能利用主要包括生物质燃烧和生物质热解两种方式。
生物质燃烧是指将生物质直接燃烧，产生热能供热或发电；生物质热解是指将生物质在无氧或微氧条件下进行热解，产生焦油和可燃气体。
2. 生物质能源的化学能利用生物质能源的化学能利用主要包括生物质发酵和生物质液化两种方式。
生物质发酵是将生物质转化为生物质乙醇、甲醇等液体燃料，以及生物质产物化合物的过程；生物质液化是将生物质转化为液态燃料，如生物柴油的过程。
生物质能源生产与利用技术
生物质能源生产与利用技术生物质能源是指以农作物秸秆、废弃物、林木积木、畜禽粪便等可再生有机材料为原料，通过合适的生产与利用技术转化为燃气、液体燃料或电能等能源形式。
生物质能源是一种可替代传统化石能源的清洁能源，对于减少环境污染、解决能源短缺问题具有重要意义。
本文将介绍生物质能源的生产与利用技术，并分为以下几个章节进行讨论。
一、生物质能源生产技术1. 农作物秸秆资源化利用技术农作物秸秆是一种丰富的生物质资源，通过适当的处理和转化技术可以转化为燃气或液体燃料。
常见的处理技术包括碱液处理、生物菌剂处理和物理压实等，其中碱液处理是一种较为成熟的技术，可以有效降低秸秆中的灰分含量，提高燃烧效率。
2. 废弃物资源化利用技术废弃物包括城市垃圾、食品废弃物、农畜禽粪便等，通过适当的处理和转化技术可以转化为生物质能源。
例如，城市垃圾可以通过厌氧发酵技术转化为沼气，农畜禽粪便可以通过厌氧消化技术转化为沼气或液体肥料。
3. 林木积木资源化利用技术林木积木是一种丰富的生物质资源，通过适当的处理和转化技术可以转化为燃气或液体燃料。
常见的处理技术包括机械碎破、生物菌剂处理和化学处理等，其中机械碎破是一种常用的技术，可以将林木积木粉碎成适合进行后续转化的颗粒状物料。
二、生物质能源利用技术1. 生物质燃烧技术生物质燃烧是将生物质能源直接用于热能或动力能源的一种利用技术，主要通过火炉、锅炉等设备进行。
生物质燃烧技术具有燃烧效率高、排放物少、燃料资源广泛等优点，广泛应用于农村地区的暖气和热水供应系统中。
2. 生物质气化技术生物质气化是将生物质能源转化为可燃的合成气体的一种利用技术，主要通过气化炉等设备进行。
生物质气化技术具有适用范围广、能源利用效率高等优点，可以用于生产合成气、液体燃料和电能等多种形式的能源。
3. 生物质发酵技术生物质发酵是将生物质能源通过微生物作用转化为液体燃料或化学品的一种利用技术，主要通过发酵罐等设备进行。
生物质发酵技术具有转化效率高、资源利用充分等优点，可用于生产乙醇、丁醇等液体燃料。
现代生物技术与能源
业务推广部
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生产甲烷的生化机制
• 厌氧微生物可通过厌氧发酵途径生产甲烷。
整个发酵过程分为三个主要步骤： ①初步反应：利用芽孢杆菌属、假单胞菌属及变 形杆菌属等微生物把纤维素、脂肪和蛋白质等很 粗糙的有机物转化成可溶性的混合组分。
②微生物发酵过程：低相对分子质量的可溶性组 分通过微生物厌氧发酵作用转化成有机酸。
既能直接利用纤维素又能高产乙醇的基因工程菌，也是
潜在的最有发展前途的技术之一。
目前基因工程菌的构建主要采用两种技术路线：
①把能水解纤维素的葡聚糖内切酶基因、纤维二糖水解
酶、β-葡萄糖苷酶基因克隆在能产生乙醇的菌株中，并研
究该菌株利用纤维素作原料的情况。
②把能产生乙醇的基因克隆到能降解纤维素，但不能生
在实验室通过高温高压模 拟地球在几百万年中将藻 类转化为石油的过程。
业务推广部
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生物技术与能源
➢ 微生物与石油开采 ➢ 未来石油的替代物—乙醇 ➢ 植物“石油” ➢ 甲烷与燃料源 ➢ 未来新能源来自业务推广部44
生物技术与能源
➢ 微生物与石油开采 ➢ 未来石油的替代物—乙醇 ➢ 植物“石油” ➢ 甲烷与燃料源 ➢ 未来新能源
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微生物与石油开采
• 微生物勘探石油 • 微生物二次采油 • 微生物三次采油
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微生物二次采油
➢ 原理：利用微生物能在油层中发酵并产生大量的 酸性物质及H2、CO2及CH4等气体的生理特点。微 生物产气可增加地层压力，提高采油率。酸性物 质可溶于原油中，降低原油的黏度，使原油便于 开采。
➢ 效率：进一步提高采油量15%～30%。
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第九章生物技术与能源
主要问题：
• 对甲醇及乙醇的转化率低，一般仅为40%60%。
• 酶的使用寿命短。 • 副产物甘油和水难于回收。
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第九章生物技术与能源
2、利用“工程微藻”生产柴油
1）、归属：“硅藻类”的一种“工程小环藻”。
二、生物柴油的优势（7条）： 1、具有优良的环保特性 • 硫含量低，二氧化硫和硫化物的排放低； • 不含芳香族烷烃，废气对人体损害低。 • 含氧量高，燃烧时排烟少，一氧化碳的排
放少。
• 生物降解性高。
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第九章生物技术与能源
2、低温发动机启动性能：无添加剂冷滤点达 -20℃。
3、润滑性能：磨损率低，使用寿命长。
第九章生物技术与能源
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2020/12/9
第九章生物技术与能源
• 本章共2个学时,均为课堂讲授 • 教学目的和要求：了解掌握微生物与石油开发及其他新型
能源工业上的应用技术及应用进展。
• 教学重点和难点：微生物在石油开发及其他新型能源工业 上的应用技术。
• 教学方法与手段：课堂教学与自学相结合 • 第一节 微生物与石油开发 • 第二节 生物技术与新能源 • 复习与作业要求：自习为主 • 考核知识点：微生物在石油开发及其他新型能源工业上的
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第九章生物技术与能源
三、生物柴油的生产方法 1、利用食用油生产生物柴油； 2、利用"工程微藻"生产柴油。
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第九章生物技术与能源
1、利用食用油生产生物柴油
1）、化学合成法
• 用动物和植物油脂与甲醇或乙醇等低碳醇 在酸或者碱性催化剂和高温(230～250℃) 下进行转酯化反应，生成相应的脂肪酸甲 酯或乙酯，再经洗涤干燥即得生物柴油。
2）、脂质含量：天然微藻：5%-20%。“工程微 藻” ：>60%。
3）、脂质含量高的原因：乙酰辅酶A羧化酶(ACC) 基因在微藻细胞中的高效表达，增加脂质积累。
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第九章生物技术与能源
4）、优越性
• 生产能力高、用海水作为天然培养基；
• 比陆生植物单产油脂高几十倍；
• 生产的生物柴油不含硫，不排放有毒害气 体，排入环境中也可被微生物降解，不污 染环境.
应用技术及应用进展。 • 辅助教学活动：多媒体图片或动画辅助教学
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第九章生物技术与能源
第一节 微生物与石油开发 ——生物柴油
一、简介 • 含义：指动植物油与甲醇进行酯交换制造
的脂肪酸甲酯，是一种洁净的生物燃料
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第九章生物技术与能源
• 柴油分子: 15C碳链组成 • 植物油: 14C-18C碳链组成，两者碳数相近。
• 工艺复杂，醇必须过量，后续工艺必须有 醇回收装置，能耗高。
• 色泽深，由于脂肪中不饱和脂肪酸在高温 下容易变质；
• 酯化产物难于回收，成本高； • 生产过程有废碱液排放。
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第九章生物技术与能源
2）、生物酶法合成：
• 用动物油脂和低碳醇通过脂肪酶进行转酯 化反应，制备相应的脂肪酸甲酯及乙酯。
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第九章生物技术与能源
目前热点：
• 发展富含油质的微藻或者“工程微藻”是 生产生物柴油的一大趋势。
• 选择合适的载体，使ACC基因在细菌、酵 母和植物中充分表达，修饰ACC基因获得 超量表达。
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第九章生物技术与能源
第二节 生物技术与新能源
一、新能源的含义： • 狭义的新能源：可再生能源 • 广义新能源包括：1、高效利用能源；2、
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第九章生物技术与能源
• 生产原料：大豆和油菜籽等油料作物、油 棕和黄连木等油料林木果实、工程微藻等 油料水生植物以及动物油脂、废餐饮油等 为原料。
• 意义：生物柴油对经济可持续发展，推进 能源替代，减轻环境压力，控制城市大气 污染具有重要的战略意义。
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第九章生物技术与能源
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第九章生物技术与能源
3）、燃料电池：氢能，属于可再生能源。
• 利用太阳能和风能制氢，
• 利用生物细菌制氢，还仅仅停留在设想或 初级试验阶段，缺乏广泛的经济性和可操 作性。
• 现实的技术方向还是如何利用天然气、煤 气化、甲醇、乙醇等能源，特别有前途的 是利用废弃在地下煤炭资源进行地下可控 气化再制氢技术
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第九章生物技术与能源
2、资源综合利用
1）、瓦斯
• 主要成分：甲烷，与天然气相同，只是浓 度低。
• 煤矿中瓦斯的产量有限，不能大规模利用， 只能采用分布式能源解决方案，就近利用 瓦斯发电。
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第九章生物技术与能源
2）城市垃圾和污水
• 可制造沼气，或转换成有机可燃物质焚烧 增加能源供应，减少环境污染。
4、安全性能：闪点高，不属于危险品，在运 输、储存、使用方面的安全性高。
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第九章生物技术与能源
5、燃料性能：十六烷值高，燃烧性好，燃 烧残留物微酸性，使催化剂生性能：可长期供应、永不会枯竭。
7.无须改动柴油机，可直接添加使用无需 其他设备和特殊技术。
资源综合利用；3、可再生能源；4、代替 能源；5、核能；6、节能。
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第九章生物技术与能源
1、高效利用能源
• 中国的能源综合利用效率为35%，丹麦的能源综合利用效 率超过60%。
1）热电联产：
• 丹麦没有一个火力发电项目不供热，也没有一个工业供热 锅炉不发电。通过化石燃料转换能源的综合利用效率一般 超过70%，是提高全社会能源利用效率的重要技术。
• 丹麦的热电联产燃烧利用多种燃料，秸秆、树枝、垃圾、 天然气和煤炭等资源，基本上是有什么烧什么，什么便宜 烧什么，既通过能源梯级利用提高了能源的综合利用效率。
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第九章生物技术与能源
2）、分布式能源：小型、微型的热电联产。
• 优点是靠近需求侧，将输送损耗降至最低， 并充分利用了低品位的热能。
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第九章生物技术与能源
特点： • 甲醇或乙醇可循环使用 • 设备与一般制油设备相同 • 产生10%左右的副产品甘油 主要问题： • 成本高，75%是原料成本。 解决方案： • 基因工程方法研究高油含量的植物 • 采用工业废油和废煎炸油。
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第九章生物技术与能源
其他缺点：