生物质的生物转化与利用
生物质资源的利用与转化方法

生物质资源的利用与转化方法在全球生态环境受到严重破坏的当下,寻找可持续发展的能源和替代品已成为世界各国的共同关注。
生物质资源作为一种可再生资源,拥有广泛的应用前景。
本文将从生物质资源的定义、分类、利用和转化方法几个方面进行探讨。
一、生物质资源的定义和分类生物质资源是指来源于动植物及其废弃物、人畜粪便等具有机质特征的物质。
这些物质具备生物化学成分,在适当条件下可以被转化为不同形态的能源和化学品。
根据来源不同,生物质资源可以分为两大类:一是直接来自植物的生物质,如木材、秸秆、农作物残渣等;二是由动物排泄或养殖废弃物所形成的生物质,如粪便、骨骼等。
二、生物质资源的利用方法1. 生物质能源的利用生物质能源是指将生物质转化为可使用的能源形式,如生物质燃烧、生物质发酵和生物质气化等。
其中,生物质燃烧是利用生物质的碳氢化合物在高温条件下与氧气反应生成热能的过程,可用于供暖、发电等领域。
生物质发酵是通过微生物作用将生物质中的有机物转化为可燃性气体和液体燃料,如沼气、酒精等。
生物质气化则是将生物质在缺氧或部分氧气条件下分解为一氧化碳和氢气等可燃气体,可作为燃料或原料用于合成化学品。
2. 生物质化学品的制备生物质还可以转化为各种化学品,如生物塑料、生物柴油等。
生物质化学品的制备主要通过催化剂的作用,将生物质中的单糖、纤维素等高分子有机化合物分解为糖醇、糖酸等低碳化合物,再进行加氢、酯化等反应合成目标化合物。
生物塑料是一种可生物降解的塑料,由可再生生物质中提取的聚乳酸、聚羟基脂肪酸等制备而成,可以有效减少对环境的污染。
生物柴油则是指由生物质转化而成的替代石油柴油的燃料,具有低碳排放、可再生等优点。
三、生物质资源的转化方法1. 生物质的物理转化物理转化是指利用物理手段改变生物质的形态和性质。
例如,通过机械压榨,将生物质中的油脂和水分分离,制备生物质油;利用高温、高压条件将生物质转化为生物质炭等。
2. 生物质的化学转化化学转化是指利用化学反应将生物质中的有机物转化为其他有机化合物或化学品。
生物质转化的技术和应用

生物质转化的技术和应用随着全球能源需求的不断增长,传统能源的不可持续性成为人们日渐关注的问题。
其中,生物质能源作为一种可再生、低碳、环保的能源,备受研究和发展。
生物质能源是指通过利用植物、动物等生物质转化为能源的过程。
其中,生物质转化技术是将生物质转化为有用产品的关键。
本文将介绍目前主要的生物质转化技术和应用。
一、生物质热化学转化技术生物质热化学转化技术是指利用高温和高压条件下,将生物质转化为液体或气体燃料的技术。
该技术是目前最成熟的生物质能源化利用方式。
1. 液化技术生物质的液化技术主要包括快速热解和流化床热解两种。
其中,快速热解是在高温和高压水蒸气氛围下,使生物质快速裂解成液态产品,包括木质素油、小分子芳香烃和碳酸氢钾等。
而流化床热解则是将生物质在氧化气氛下在流化床内进行高温裂解,获得液态燃料(如生物油)和气态产物(如合成气)。
2. 气化技术生物质的气化技术主要包括直接气化和间接气化两种。
其中,直接气化是将生物质在氧化气氛下在高温和高压下进行气化,产生合成气和焦油等;而间接气化则是在无氧条件下将生物质气化为焦炭和合成气。
二、生物质生物化学转化技术生物质生物化学转化技术是指通过微生物的代谢作用,利用生物质转化成有用的化合物,主要包括酶解和发酵两种。
1. 酶解技术生物质酶解技术是通过微生物的酶解作用将生物质转化为单糖、双糖等简单糖类,再通过后续的发酵过程获得生物质乙醇、生物质生物甲烷等有用产物。
其中,酶解技术主要有酸性酶解和碱性酶解两种。
2. 发酵技术生物质发酵技术是通过微生物的代谢作用将简单糖类或其他有机物质转化为产气、产液或产固体等生物质能源产品。
其中,生物质发酵技术主要包括乙醇发酵、生物质生物甲烷发酵等。
三、生物质催化转化技术生物质催化转化技术是一种比较新颖的生物质转化技术。
该技术是利用催化剂协同生物质分解,以获得高效率的生物质能源转化过程。
目前主要研究生物质催化转化技术的催化剂有贵金属、金属氧化物、酸性材料、纳米材料等。
生物质资源的化学转化与利用研究

生物质资源的化学转化与利用研究1. 引言生物质是指来自植物、动物以及微生物的可再生有机物,具有广泛的资源潜力。
在当前全球能源危机和环境污染问题日益突出的背景下,生物质资源的化学转化与利用研究变得至关重要。
本文将探讨生物质资源的不同化学转化方法以及它们在可再生能源、化学品和材料等领域中的应用。
2. 生物质的化学转化方法2.1 生物质的热解生物质的热解是指在高温下将生物质转化为气体、液体和固体产物的过程。
其中,液体产物被称为生物质液体。
生物质液体可以作为替代石油的可再生能源,广泛应用于燃料、溶剂和化学品等方面。
2.2 生物质的气化生物质的气化是利用气化剂将生物质转化为可燃气体的过程。
气化产物主要包括一氧化碳、氢气和甲烷等。
这些气体可以作为燃料供给发电设备,并可通过合成气技术进一步转化为化学品和液体燃料。
2.3 生物质的液化生物质的液化是指在溶剂的存在下,通过化学反应将生物质转化为液体产物的过程。
生物质液化主要用于生产生物基液体燃料,如生物柴油和生物乙醇等。
这些生物基液体燃料具有低碳排放和清洁燃烧的特点。
2.4 生物质的催化转化生物质的催化转化是利用催化剂将生物质分子转化为有机化合物的过程。
催化转化可通过裂解、加氢、氧化和酯化等反应实现。
催化转化方法可用于生产生物基化学品、材料和药物等高附加值产品。
3. 生物质资源的利用3.1 可再生能源生物质资源的化学转化是一种重要的可再生能源获取途径。
利用生物质热解、气化和液化等技术可以生产生物基燃料,如生物柴油和生物乙醇,用于替代传统的石油燃料。
同时,生物质资源还可以直接燃烧发电,以及生产生物气和生物热。
3.2 化学品与材料生物质资源的化学转化还可以生产多种高附加值的化学品和材料。
例如,生物质催化转化可以生产生物基聚合物,用于制备生物塑料和生物纤维等可降解材料。
此外,生物质还可以提取出多种天然产物,如木质素和纤维素等,用于生产化学品和材料。
3.3 环境保护与可持续发展生物质资源的化学转化与利用对环境保护和可持续发展具有重要意义。
生物质的化学转化及其应用研究

生物质的化学转化及其应用研究生物质可以被定义为一切来自可再生资源的物质,包括木质素,纤维素,半纤维素,淀粉,蔗糖等,这些物质可以通过化学转化变为生物燃料和化学品。
生物质的化学转化技术已经成为当前可持续发展的热点领域之一,具有可再生、可降解、无毒无害等诸多优点,本文将对生物质的化学转化及其应用研究进行深入探讨。
一、生物质的化学转化技术1. 糖类的转化生物质主要由纤维素、半纤维素、木质素等聚合物以及蛋白质、脂类和碳水化合物等小分子组成,其中碳水化合物即糖类占据很大的比重。
因此,糖类的转化是生物质的主要化学转化路线之一。
糖类的转化技术主要通过裂解、加氢、缩合、氧化等反应途径进行。
2. 纤维素的转化纤维素是构成植物细胞壁的基本物质之一,其可转化为生物质燃料和化学品的方法主要有:酸催化裂解、碱催化裂解、生物转化、化学处理等。
3. 木质素的转化木质素是植物细胞壁中的次要成分,其化学结构复杂而多样,难以被生物降解。
生物质中含有的木质素是可以通过热解、氧化、还原和酸碱处理等手段进行转化。
二、生物质的应用研究1. 生物质燃料生物质燃料是指以植物生物质为原料生产的各种燃料,如生物柴油、生物乙醇、再生可持续的纤维素醇等。
生物质燃料具有独特的优点,如天然环保、资源可续、CO2排放低等,但也存在一些长期的技术问题,如生产成本高、燃料适用性差等难题需要解决。
2. 生物基化学品生物基化学品是由生物质衍生而来的各种有机合成化学品,如生物基宽带、生物基涂料、生物基石油、生物基颜料等。
生物基化学品由于其原料来源可持续性强和具有良好的可降解性,可以用来替代传统的石化化学品,在提高可持续发展能力和环境友好性方面具备很大的潜力。
3. 生物质塑料生物质塑料是由生物质转化而来的一类塑料,包括聚乳酸、淀粉聚合物等,其可以被有效的回收利用和降解。
相比传统塑料,生物塑料对环境的影响更小,更易于回收利用,具有更好的可持续性。
三、总结与展望生物质的化学转化技术将生物质转化为生物燃料和化学品的过程不断完善,其在生物质资源保护和资源高效利用方面具备重大的潜力。
生物质能源的生物化学转化与资源利用效率

生物质能源的生物化学转化与资源利用效率生物质能源作为一种可再生能源,在可持续发展和解决能源危机中扮演着重要角色。
生物质能源的生物化学转化是指将生物质中的有机化合物转化为可用能源的过程。
本文将探讨生物质能源的转化途径、转化效率以及资源利用效率,以提高对生物质能源的利用效果。
一、生物质能源的主要转化途径1. 生物质气化转化生物质气化是将生物质在高温和缺氧条件下转化为合成气的过程。
在这个过程中,生物质中的碳氢化合物被分解为可燃气体,如氢气、一氧化碳和甲烷。
合成气可以用于发电、制造化学品或合成燃料等。
2. 生物质液化转化生物质液化是将生物质在溶剂或催化剂的作用下转化为液体燃料的过程。
生物质通过热解、裂解和重聚等反应生成液体燃料,如生物柴油、生物酒精和生物原油。
这些液体燃料可应用于交通运输领域以及工业和家庭供暖。
3. 生物质发酵转化生物质发酵转化是将生物质中的碳水化合物通过微生物代谢转化为生物燃气或生物乙醇的过程。
生物质中的多糖经过发酵过程可以产生可燃气体,如甲烷和氢气,也可以产生生物乙醇作为燃料或化工原料。
二、生物质能源的转化效率生物质能源的转化效率是评估转化过程中能源利用效果的重要指标。
提高转化效率可以增加生物质能源的可利用性,减少对传统能源的依赖。
1. 气化转化效率生物质气化转化过程中,气化效率是衡量气化过程能量利用效果的指标。
气化效率取决于气化压力、温度、反应速率、反应物质质量以及气化剂的选择等因素。
通过优化气化反应条件和提高反应物质的使用效率,可以提高气化转化效率。
2. 液化转化效率生物质液化转化过程中,液化效率是评估转化过程能源利用性的指标。
液化效率受到液化反应温度、催化剂种类和质量以及反应物质质量的影响。
在液化转化过程中,选择合适的催化剂和反应条件,可以提高液化效率。
3. 发酵转化效率生物质发酵转化过程中,发酵效率是衡量转化过程能源利用情况的重要指标。
发酵效率取决于发酵床的温度、湿度、菌种选择以及反应物质的质量等因素。
生物质资源的利用与转化方法技巧

生物质资源的利用与转化方法技巧随着人口的日益增长和工业化进程的加快,对于能源的需求也日益增大。
然而,传统的化石能源的使用已经造成了重大的环境问题,如气候变化和空气污染。
因此,寻找替代能源的方式变得尤为重要。
而生物质资源的利用与转化方法则成为了一个备受关注的领域。
本文将探讨一些生物质资源的利用与转化方法技巧,以期为解决能源问题提供一些启示。
首先,生物质资源的利用与转化可以通过生物质发电来实现。
生物质发电是将植物废弃物、农业残留物以及城市固体废弃物转化为能源的一种方法。
通常,这些废弃物被先分解成可进行发酵的有机物质,然后通过发酵产生的气体驱动发电机。
这种方法不仅能有效地处理废弃物,还能产生可再生能源,减少对化石能源的依赖。
其次,生物质资源的利用与转化还可以通过生物质液化来实现。
生物质液化是将生物质原料通过热解和溶解的方式转化为液体燃料的一种方法。
在这个过程中,生物质原料被加热至高温,以促进其分解和溶解。
随后,产生的液体燃料可以用作替代石油的能源。
与传统的石油相比,生物质液化产生的液体燃料更加环保,减少了温室气体的排放。
除了生物质发电和生物质液化,还有一种重要的生物质资源利用与转化方法是生物质制氢。
生物质制氢是一种可持续的氢能源生产方法。
通过这种方法,生物质被先转化为气体,然后经过一系列的反应和分离,最终得到纯净的氢气。
这种氢气可用于燃料电池、化学合成和工业生产等领域,具有广泛的应用前景。
与传统的氢气生产方法相比,生物质制氢不会产生二氧化碳等温室气体,减少了对环境的污染。
尽管生物质资源的利用与转化方法多种多样,但在实际应用中仍面临一些挑战。
首先,生物质资源的收集和处理需要大量的成本和能源投入。
其次,生物质资源的利用与转化还存在着技术上的难题,如反应过程的控制和产物的纯化等。
此外,生物质资源的利用还需要建立完善的供应链,包括资源收集、转化和分配等环节。
为了克服这些挑战,我们应该采取一系列的措施。
首先,政府应该制定相关政策,鼓励生物质资源的利用与转化。
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生物质能源是一种可再生、绿色、清洁的能源形式,其转化与利用技术是解决能源短缺和环境污染问题的重要途径。
本文将探讨生物质能源的转化与利用技术,分为生物质资源获取与转化技术以及生物质能源利用技术两个部分。
一、生物质资源获取与转化技术生物质资源获取与转化技术主要包括选择合适的原料和转化过程。
以下将介绍两种常见的生物质能源转化技术。
1. 生物质颗粒化技术生物质颗粒化技术是将生物质原料通过机械力或化学方法进行处理,使其成为适合燃烧的颗粒状物质。
该技术不仅可以提高生物质能源的燃烧效率,还能减少颗粒物和污染物的排放。
2. 生物质气化技术生物质气化技术是将生物质原料在高温无氧或低氧环境下进行热解,产生可燃气体。
这种气体可以用于发电、供热或作为燃料。
生物质气化技术具有高效利用生物质能源的特点,同时可以减少温室气体和污染物的排放。
二、生物质能源利用技术生物质能源利用技术主要包括直接利用和间接利用两种方式。
以下将介绍两种常见的生物质能源利用技术。
1. 生物质燃烧技术生物质燃烧技术是将经过处理的生物质颗粒或气化产物直接燃烧,产生热能。
这种技术可以用于供热、发电和工业燃料等领域。
生物质燃烧技术具有高效、绿色、清洁的特点,是一种广泛应用的生物质能源利用技术。
2. 生物质液态燃料技术生物质液态燃料技术是将生物质原料经过分解和催化处理,将其转化为液态燃料。
这种燃料可以用于替代传统的石油燃料,例如生物柴油和生物乙醇。
生物质液态燃料技术具有可再生的特点,对于减少温室气体排放和解决能源短缺问题具有重要意义。
综上所述,生物质能源的转化与利用技术是推动可持续能源发展的重要手段。
通过合适的转化过程和利用方式,我们可以高效地利用生物质资源,减少对化石能源的依赖,降低环境污染。
未来,我们可以进一步研究和发展生物质能源技术,以实现能源的可持续发展和环境的改善。
生物质转化和利用技术研究

生物质转化和利用技术研究生物质是指任何植物或动物来源的可再生有机物,包括树木、废弃物、农作物、粮食和家畜,常常被看作一种重要的可再生能源。
在过去几年中,研究人员一直在探索生物质转化和利用技术,以为人类创造更多的绿色能源,这对于减少对化石燃料的依赖、保护环境和可持续发展非常重要。
一、生物质转化技术生物质转化技术是将生物质转换成更具价值的能源或其他有用物质的过程。
这些转换可以发生在不同的条件下,包括温度、压力和酸度等。
研究者们利用这些条件来改变化学反应,从而获得生物质的一个不同的化学形态。
生物质转化技术主要包括热化学、生物化学和生物能源技术。
1. 热化学技术热化学技术将生物质在高温和高压条件下转化为固体、液体和气体产品。
其中,固体产品可以是生物炭或木炭,液体产品可以是生物油或燃料酒精,气体产物可以是生物气体或氢气。
其中,生物质炭是一种高效的能源材料,可以替代煤炭和天然气。
它不仅可以作为燃料使用,还可以作为肥料和水凝胶的原材料。
生物炭的制造过程也可以作为一种碳捕获和储存技术,以减少温室气体的排放。
2. 生物化学技术生物化学技术是一种将生物质转化为有机化学品和化学原料的方法。
通常,生物化学技术利用微生物或酵素作为催化剂,将生物质转换为生物基化学品和其他有用分子。
比如,生物乙醇是一种重要的生物化学制品,是由糖类和淀粉类生物质转化而来的燃料。
生物乙醇被广泛应用于汽车燃料、工业化学品和药品生产。
3. 生物能源技术生物能源技术是一种将生物质转化为可再生能源的方法。
生物质可以通过各种途径转化成生物燃料、生物气体和生物电能等能源形式。
其中,生物柴油和生物天然气是最常见的生物能源。
生物柴油是一种由脂肪酸甘油酯构成的燃料,可以替代柴油。
生物天然气是一种由甲烷构成的气体,可以用于取代天然气或液化石油气的现有应用。
二、生物质利用技术生物质利用技术是对生物质资源的全方位利用,包括能源、化工、环保等多个领域。
这种技术可以有效地提高生物质的综合利用价值。
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食品技术进展讲座报告【摘要】生物质的生物转化与利用在生物质能源开发、生物质材料制备和生物活性药物制取等领域已取得了丰厚的研究成果,本文以上几个方面进行了综述,并对生物质资源生物转化的方式与途径进行了分析。
【关键词】生物质生物转化生物能源生物材料生物活性药物【前言】建立在石油、煤炭及天然气等化石资源基础上的现代化学工业,一度成为满足人类生活和保障社会经济发展的重要基础工业。
但由于化石资源的过度开发与利用累计的效应,相继也出现了诸多问题,化石资源储量的有限性,诱发了化石资源的渐趋枯竭问题;化石资源转化过程中产生的环境污染物,导致区域性和全球性环境、生态问题;另外,众多由化石资源而来的化学合成品的不可降解性,使用之后的残留物成为危害环境的世界性公害。
为控制或减少化石资源的使用、降低环境和生态成本,各国政府纷纷颁布政策法规,鼓励开发利用可再生资源,尤其是生物质资源[1],因此生物质资源的转化与利用也成为当今各国化学化工领域研究的热点问题 [2]。
从理论上讲,生物质资源的转化与利用主要有以下4种方式:生物质资源的物理转化与利用、生物质资源的物理化学转化与利用、生物质资源的化学转化与利用和生物质资源的生物转化与利用。
实践证明,前3种方式都不同程度地存在着转化与利用条件苛刻、资源利用率较低和环境污染等问题,而生物质资源的生物转化与利用的条件比较温和,并能实现多级循环利用,不仅不会对环境造成危害,而且还有利于改善已经被破坏了的环境与生态。
本文主要从生物质资源的生物转化与利用在生物质能源开发、生物质材料制备和生物活性药物制取等领域研究现状进行了概述和前瞻。
【正文】1 生物质生物转化生物质能源生物质资源是由生物直接或间接利用绿色植物光合作用而形成的有机物。
它包括所有的植物、动物或微生物,以及由这些生物产生的排泄物和代谢物。
各种生物质资源中都含有能量,可以转化为能与环境协调发展的可再生能源,即生物质能。
利用生物转化技术能将生物质资源转化为各种洁净的“含能体能源”,如沼气、燃料乙醇、生物氢和生物油等。
因此,对生物质资源生物转化能源的研究成为目前能源研究领域的重要课题。
1.1生物质资源生物转化沼气[3]-[6]沼气是有机物在厌氧条件下经微生物分解发酵而生成的一种可燃性气体。
主要原料:人畜禽粪便、秸秆、农业有机废弃物、农副产品加工的有机废水、工业废水、城市污水和垃圾、水生植物和藻类等有机物质。
在各种可供开发的生物质资源中,农作物秸秆是最为丰富的一种富含有机质(80%—90%的生物质资源)。
早在20世纪80年代,我国以植物秸秆为发酵原料生产沼气的技术就在户用沼气池中有过应用,后来由于产气效果不理想及出料难等问题没有解决而逐渐停滞。
近年来,随着生物技术的进步以及农业主产区秸秆资源的过剩和部分地区农民就地焚烧秸秆带来环境问题,植物秸秆生物转化沼气研究重新引起重视。
以沼气为纽带综合开发利用生物质资源的途径,即种、养、沼、加工业相结合的物质循环模式是最有实效的,三个效益(经济、社会、生态环境)的观点是开发农业废弃物资源化全过程的出发点和归宿。
[3] 如今的沼气建设重点是由户用沼气池转移到大中型沼气池,沼气工程以产气为主要发展为处理有机废弃物治理环境,沼气残留综合利用为主。
在沼气残留物综合利用的研究中,要从单纯的有机肥效果向饲料添加剂和提取生物粪活性物质发展。
用高科技方法研究沼气工作的设计、设备、发酵工艺及综合利用。
使之成为综合利用生物质资源的系统工程。
1.2生物质资源生物转化燃料乙醇生物质资源生物转化燃料乙醇的发展经历了3个阶段:第1阶段是以玉米、小麦为原料,是发展燃料乙醇的初始阶段。
而利用粮食产品或油料作物,虽然技术已经成熟,但却面临着“与人争粮”的问题。
显然,仅依靠粮食作为燃料乙醇的原料,并非长久之计。
第2阶段是非粮燃料乙醇阶段,以薯类等为原料。
但是,薯类也在国家粮食统计范围内,并且薯类生产有地域限制,因此这一方案也不能完全满足未来的需要。
第3阶段是以农业废弃物如植物秸秆等为主要原料制燃料乙醇。
植物秸秆生物转化获得燃料乙醇的关键是获得纤维素乙醇用酶,使纤维素物质产生葡萄糖进而发酵获得燃料乙醇。
为将纤维素转化为乙醇,[7]Genencor公司于2007年10月开发出了第一种商业化生物质酶Accellerase 1000,该酶可使复杂的木质纤维素生物质还原为可发酵的糖类,且具有以下优点:①可提高各种原料的糖化性能;②可使糖化与发酵过程(SSF)同时进行,为二步依次进行的水解与发酵(SHF)过程或两者的组合;③高活性的葡糖酶,可使残余的纤维二糖量最少,从而有较高的糖化作用,并最终有较快的乙醇发酵速度,产率也可提高;④未澄清的产物,即酶生产中剩余营养物除了由糖化作用产生发酵糖类外,适用于作酶母;⑤可保证酶配方化学品不会影响糖化碳水化合物(醣)的分布或继而影响酶母发酵。
该公司于2008年3月初宣布又开发了新一代纤维素乙醇用酶Accellerase 1500[8]。
使用该酶从纤维素原料如谷物秸秆、甘蔗渣、木屑、换季牧草来生产乙醇或生物化学品可大大降低成本。
我国清华大学李十中教授主持研究的甜高粱秆固体发酵乙醇技术,采用我国传统的固体发酵技术,让甜高粱秆在发酵池中发酵,然后再蒸出乙醇。
发酵时间30 h(玉米乙醇为55 h),乙醇回收率高达94%。
1.3 生物质资源生物转化制氢生物质资源生物转化制氢既可用于燃料电池,也可成为今后氢燃料的主要来源之一,具有较大的发展前景。
近年来,世界各国在生物质资源生物转化制氢方面,从产氢的机理、细菌的选育、细菌的生理生态学、生物制氢反应设备的研制等方面都进行了大量研究。
迄今为止,已研究报道的生物质资源生物转化制氢主要有光合生物转化制氢和发酵生物转化制氢2种方式。
光合生物转化制氢是利用藻类和光合细菌直接将太阳能转化为氢能[9]。
光合生物转化制氢的途径有光合成生物制氢、光分解生物制氢、光合异养菌水气转化反应和光发酵4种。
光发酵生物制氢主要是通过光子捕获光合作用后的能量,将电荷分离产生高能电子,并形成ATP,而高能电子产生Fdred,固氮酶利用ATP 和Fdred将氢离子还原为氢气,因而这种方式的产氢量相对于其他3种途径比较高。
由于发酵生物转化制氢利用的是厌氧化能异养菌,与光合制氢相比,有无需光照、产氢率高和产氢稳定等优点,因此厌氧发酵制氢法被认为是更具有发展潜力的生物质资源生物转化制氢方式。
厌氧产氢微生物是厌氧发酵制氢过程中的核心,很多研究者针对厌氧发酵产氢的发酵类型、菌种选育等方面进行大量的工作。
目前报道的产氢细菌多数为丁酸发酵和混合酸发酵,梭菌属(Clostridium)为丁酸发酵中的主要产氢细菌,肠杆菌为混合酸发酵中的主要产氢细菌。
就厌氧发酵进行微生物产氢的方式来看,[9]大体上可分为2种类型:一是利用纯菌进行微生物产氢,二是利用厌氧活性污泥或其他混合物,以混合培养方式进行产氢。
为了突破野生型细菌的产氢能力,人们把诱变育种和基因改良作为进行高效产氢细菌的育种是一个突破口。
其中,诱变育种是一种比较成熟的技术,相关资料显示采用紫外诱变获得的高效稳定产氢突变体的产氢能力比对照菌株提高40%~65% 。
1.4 生物质资源生物转化生物柴油 [10]生物柴油,又称脂肪酸甲酯,是以植物果实、种子、植物导管乳汁或动物脂肪油、废弃的食用油等作原料,与醇类(甲醇、乙醇)经交酯化反应获得。
生物柴油燃烧排放尾气中的碳氢化合物比传统柴油减少40%;颗粒物减少50%;二氧化硫、芳香烃类排放几乎为零,几乎看不见柴油车常见的黑烟,其实际热值仅比0号柴油低3~4%。
生物质资源生物转化生物柴油主要有化学催化法和生物酶催化法合成2种方式。
化学催化法合成生物柴油存在有工艺复杂、能耗高、色泽深、成本高、生产过程有废碱液排放等缺点,而生物酶法催化合成生物柴油具有条件温和、酶用量小、无污染排放等优点,因此,生物酶催化法合成生物柴油具有良好的工业应用前景。
其中在生物酶法催化中有乌桕油甲酯化制备生物柴油,用固定化酵母脂肪酶酶促梓油甲酯化获得。
经过近40年的资源收集,现拥有油料植物资源近千份,包括草本油料植物资源700份、木本200多份(其中产于西南地区的120余份),而乌桕便是我国中南部历史最悠久、潜力最大的能源型木本油料作物,此外麻疯树含有一类小分子物质如二萜类、麻疯树酚酮B 、麻疯树醇、麻疯树三及一些衍生物、三萜类、木脂素和黄酮等,常用于冷榨制取生物柴油。
2 生物质生物转化生物材料生物质生物转化生物材料不仅能够解决材料不可降解造成的白色污染,缓解石油危机,还能满足人们对于新型材料不断增长的需求。
目前,用生物质生物转化合成的聚乳酸(PLA)、聚羟基脂肪酸酯(PHA)、聚羟基脂肪酸酯(PHA)和聚对苯二甲酸丙二酸酯(P1TI1)是生物质生物转化生物材料的典型代表。
2.1 生物质生物法制聚乳酸(PLA)聚乳酸(PLA)是性能优异的功能纤维和热塑性材料,具有优异的成膜、成纤维能力及生物可降解性,可用作包装、纺织和医用材料。
[12]用生物发酵法从厨房垃圾中提取乳酸,并进一步聚合成生物降解性塑料——聚乳酸。
发酵后的残渣可做成高质量的肥料和饲料,从而实现厨房垃圾的零排放 。
以下为聚乳酸的产业链[10]:目前聚乳酸生产公司主要是美国的Cargill Dow ,日本、法国、荷兰、德国掌握聚合技术,处于中试生产阶段。
全世界聚乳酸的产量在10万吨/年。
市场为美国、日本、欧洲、韩国、台湾。
聚乳酸是重要的生物纺织和生物医药原料,目植物性多糖(淀发酵 乳酸 聚乳酸加工成型 聚乳酸制品 丙交酯开环聚合应用 市场开拓聚合环化前化学法合成研究方兴未艾,但化学法合成存在诸如反应条件苛刻,能耗高,对环境存在污染等问题,该研究利用酶法合成聚乳酸,可解决上述关键问题,生物催化反应条件温和,能耗低,对环境友好,符合绿色化学要求。
该技术有望开发功聚乳酸的生物技术合成工艺,产品在生物医用材料和生物纺织领域有着广阔的应用前景。
2.2 生物质生物法制聚羟基脂肪酸酯(PHA)聚羟基脂肪酸脂(polyhydroxyalkanoate,PHA)是很多细菌合成的一种细胞内聚酯,在生物体内主要是作为细胞内碳源性物质而存在的。
具有生物相容性、光学型、压电性、气体相隔性等多种优秀性能。
由于它的力学性能与某些热塑性材料如聚乙烯、聚丙烯类似,并且可以完全降解进入自然生态循环,因而被认为是一种“生态可降解塑料”。
[12]目前,通过真养产碱杆菌进行聚羟基脂肪酸脂(PHA)工业化生产,但成本太高,采用价格低廉的有机废物作为碳源,如厨余垃圾、农业和食品工业废水、市政污水等,将有效降低PHA生产成本。
不同来源活性污泥自然积累PHA的能力有较大差异,工厂活性污泥经过驯化、发酵后,均可有效富集PHA积累菌,PHA产量大幅度提高。