生物技术与能源.ppt

1、2020/8/14，1，生物技术与能源，教师朱飞舟Ph.D中南大学生物科学技术学院生物化学系，2020/8/14，2，本章概述，生物技术在能源生产中的应用，生物能源的概念与种类，20220生命能源机械的能源天然气可再生能源：太阳能、风能、地热能源、水能、生物质能、2020/8/14，5，4，1微生物技术和石油开采1.1石油的方法地震法、地球物理法和地球化学法抗血清利用土壤中的碳氢化合物筛选微生物。 1.2微生物石油勘探技术实验依据2020/8/14，6、采油的基本原理：用油层自身(一次)或外部压力(二次)加强注水，使压力(从30%增加到40-50% )微生物增加的目的：这些工程菌在油层中产生气

2、体，增加井压其目的是分泌糖酯等表面活性剂，降低油层表面张力，使原油从岩石中、泥沙中松弛，降低粘度，提高采油量。 效率：进一步提高采油量150%。1.4微生物三次采油原理和效率，2020/8/14，9，9，8，2微生物和天然气生产，微生物转化难开采劣质油天然气微生物转化难采煤天然气，2020/8/14，9，生物质能：各种物理、化学、化学如乙醇、丁醇、生物油二、作为生物能源、2020/8/14、10、fromsunlighttorenewablebioenergy、2020/8/14、11、2020/8/10燃料的乙醇的优点是不含有毒物质，不生成一氧化碳，2020/8/10 1.1生产乙醇燃料的生

3、化原理，2020/8/14，15，糖代谢和肌肉组织乳酸形成，2020/8/8常用原材料：蔗糖或淀粉微生物：酵母菌关键酶3360糖水解酶和酿酒酶，酵母菌，1.3传统乙醇发酵，2020/8/14，18，a .化工用的b .汽油混合和替代品的乙醇产量，产量(10亿升)，巴西早期乙醇生产情况，2020/8/14，19，1.4乙醇替代石油的困境第二代燃料乙醇，2020/8/14，20， 生产乙醇原材料化学分解技术生产乙醇原材料酶解法分解技术葡萄糖脱氢酶(ED )、纤维二糖水解酶(CHB) -葡萄糖酶(GL )微生物混合发酵法、巴西栽培甘蔗发展乙醇燃料、1.5纤维素发酵生产乙醇、2020/8/14、21、

4、 21 celluloseandhemicellulosedegradationbymicrobialcellulaseandhemicellulaseclellulasemaybeisolatedfromfungi， 是与生物防御产品，2020/8/14，23，生物防御产品， pichiastipitisisafungusthat anddegradesligninandcelluloseforthepotentialconversionofbiomasstoethanol.thehighestyieldsforthecon ol expectedtocomefrommicroorganis

5、mssuchasp.stipitisthatcanfermentthesugarxylose . thelackofindustrial-grademicroorganismsforconvertingbiomassintofuelethanolhastraditionallybeencitedasamajortechnicalroadblad e y .2020/8/14，24，3 c5h 10 o5c2h5oh5co 2，酵母木糖代谢的途径比葡萄糖代谢的途径复杂得多，酵母木糖代谢产生酒精的理论获得率为0. 46克酒精/克2020/8/14，25，Bioethanol Process，202

6、0/8/14，26克隆到能够水解纤维素的能够产生葡萄糖内切酶基因和葡萄糖苷酶基因的菌株，该菌株利用纤维素、基因工程技术、2020/8/14、27、1.6五元糖利用菌株的筛选、植物纤维原料中戊糖占20%的筛选方法(1)从自然界筛选戊糖发酵菌种。 (2)采用定向培养技术，对现有菌株进行长期驯化筛选，得到所需菌株。 (3)采用原生质体融合技术。 (4)基因工程在菌种选育中的应用。 可利用五元糖的微生物：细菌、酵母、真菌，以及其重组体。2020/8/14、28、木质纤维蛋白Digesting Microorganisms、Such As Termites and Bettles， 由220生物油脂转化

7、而成的柴油相当生物反应式：甘油三酯脂肪酸短链醇酯甘油酯生物柴油是1988年由欧洲的nieel公司发明的，1991年正式以工业规模生产。 2001年欧洲产量达到78万吨，02年达到106.5吨，2001年达到142.8万吨。 2010年830万吨，2020年柴油市场份额20%，2020/8/14，30，2.1生物柴油的原料，动物油植物油微生物油脂，生产生物柴油的方法：化学催化合成法生物酶解法，2020/8/howabeverlyhillsdoctorpoweredhissuvusinghispatientssparetiressuperboatburnshumanfattoziparoundwo

8、rld、Give blood、save lives give fat 2020/8/14，32，10.4.2能生产“石油”的灌木兰桉油楠的乔木银合欢树麻风树黄鼠草，2.2植物“石油”，麻风树(小桐子，青桐木)。 增加油脂合成途径关键酶的基因表达。 2.3油料植物，2020/8/14，34，由植物和光合微生物油脂制备生物柴油的比较，2020/8/14，35，2.4产油微生物，异养型：以糖类、淀粉、纤维素水解液为营养合成脂质的原料：淀粉、糖、纤维素水解液，2020/14 光合微生物包括光合细菌和微藻在内的工程提高小环藻产油途径：设法使乙酰coa羧化酶或其他脂肪酸合成相关酶在微藻细胞中充分表达。 利

9、用工程中的小环藻制造柴油的优点。自养型微生物-光合微生物、2020/8/14、38、photosyntheticmicrobesasfeedstockforbiodieselproduction、rhodopseudomomoon Like plants， alargecollectionofmicroorganismsarecapableofphotosynthesis、采用纯电池、绿色电池2.5工程细菌产油、基因改造通过大肠杆菌，直接合成单脂肪酸甲酯或脂肪酸乙醇酯(生物柴油)、2020/8/14生产3.1甲烷的生化机制厌氧微生物生产甲烷的途径的初步反应：巴斯克菌属(巴斯克菌属) 利用假单胞

10、菌属(Pseudomonas )和变形杆菌属(Proteus )等微生物，将纤维素、脂肪和蛋白质等粗糙有机物转化为可溶性的混合成分。 微生物发酵过程：低分子质量的可溶性成分在微生物厌氧发酵作用下转化为有机酸。 甲烷形成：将这些有机酸通过甲烷转化为甲烷和CO2。3传统可再生能源甲烷、2020/8/14、41、家庭式甲烷发酵生产示意图、发酵池结构、3.2甲烷发酵、2020/8/14、42、原材料和甲烷产量、农村常用发酵生产甲烷的原料和甲烷产量的原料名称为每吨干物质的甲烷生产%猪粪600 55家畜粪300 60酒厂废水500 48废弃物污泥400 50麦草300 60青草630 70、3.3甲烷生产

11、原料、2020/8/14印度也是生产甲烷的大国。 印度现有甲烷的发展规划和规模预计到2015年将建设1千万2千万个沼气池，印度的燃料来源很可能以甲烷为主。 3.4甲烷应用实例，2020/8/14，44，3.5微生物转化残油和劣质煤生产甲烷，岩石和砂土上残留的石油(不值得开采)是不值得开采的劣质煤，2020/8/14，45电子能源，微型2020/8/14，46， schematicofamicrobialfuelcell (MFC ).bacteriaattachedtothecathoderemoveelectronsfromanorganicelectrondonor (或完全)和转换whe

12、retheyreduceo2to h2o.tomaintainelectroneutrality是protons (超线程) orotherionsmovebetweentheanodeandcathodeviatheaqueoussolution.bioelectricalenergyisharvestedfromtheflowofelectronsfromtheccce 2020/8/14、47、经由电子传输介质的生物电池、2020/8/14、48、不具有电子传输介质的生物电池、2020/8/生物质氢制造技术以生物质为原料，利用热物理化学原理和技术制造氢。 例如生物质气化氢制造、超临界转化氢制造、高温分解氢制造基于生物质的甲烷、甲醇、基于乙醇转换的氢制造。 利用微生物发酵、直接生物光解等生物途径制造氢。 5未来的新能源氢能，2020/8/14，52，产氢光合微生物可分为藻类和非藻类常见的产氢非光合微生物厌氧菌。 兼性厌氧菌：大肠菌、好氧单胞菌、软化芽胞杆菌、多粘芽胞杆菌等。 震藻，5.1常见产氢微生物，2020/8/14，53，叶绿体膜及氢化酶等成分混合反应产氢模式图，5.2产氢生物化学机理，2020/8/14，54，5.3产氢新技术微生物电解电池schematicofamam exceptthato2isexcludedfromtheca