生物質(zhì)轉(zhuǎn)化市公開(kāi)課一等獎(jiǎng)省名師優(yōu)質(zhì)課賽課一等獎(jiǎng)?wù)n件

生物質(zhì)轉(zhuǎn)化能源概念和分類(lèi)能源是自然界中能為人類(lèi)提供某種形式能量物質(zhì)資源按形成條件，能源分為一次能源和二次能源一次能源指自然界中現(xiàn)成存在，可直接取用能源一次能源又可分為可再生能源和非再生能源二次能源指由一次能源加工轉(zhuǎn)換成另一個(gè)形態(tài)能源能源按起源分可分為三類(lèi)太陽(yáng)能地球能引力能能源概念和分類(lèi)化石資源是當(dāng)代工業(yè)和當(dāng)代文明物質(zhì)基礎(chǔ)石油、煤炭、天然氣不但提供了基本能源，而且提供了99%有機(jī)工業(yè)原料。301990203020502075210510152025我國(guó)在世界CO2排放中百分比(%)普京總統(tǒng)簽署正式同意京都議定書(shū)之聯(lián)邦法令即使京都議定書(shū)不生效，歐盟都會(huì)堅(jiān)守承諾我們?cè)敢庾龅匠骄┒甲h定書(shū)要求全球暖化威脅超出恐怖主義環(huán)境問(wèn)題經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)全球影響化石經(jīng)濟(jì)，付出了巨大環(huán)境代價(jià)（白色污染和溫室效應(yīng)等）生物質(zhì)作為化學(xué)化工原料優(yōu)點(diǎn)1.生物質(zhì)可給出結(jié)構(gòu)多樣產(chǎn)品材料，通常含有特定立體結(jié)構(gòu)和光學(xué)特征結(jié)構(gòu)，使用者可在合成過(guò)程中利用這些已經(jīng)有結(jié)構(gòu)原因。葡萄糖C6H12O62.生物質(zhì)機(jī)構(gòu)單元通常比原油結(jié)構(gòu)單元復(fù)雜，如能在最終產(chǎn)品中利用這種結(jié)構(gòu)單元復(fù)雜性，則可降低副產(chǎn)物生成；3.原油結(jié)構(gòu)單元衍生所得產(chǎn)物，在其中引入氧方法極其有限。而由生物質(zhì)衍生所得物質(zhì)經(jīng)常已經(jīng)是氧化產(chǎn)物，無(wú)需再經(jīng)過(guò)氧化反應(yīng)引入氧；生物質(zhì)作為化學(xué)化工原料優(yōu)點(diǎn)4.增大生物質(zhì)使用量可增加原油使用時(shí)間，為可連續(xù)發(fā)展做出貢獻(xiàn)，為一些必須使用原油為原料產(chǎn)品生產(chǎn)提供確保；5.使用生物質(zhì)可降低大氣中CO2濃度增加，從而延緩溫室效應(yīng)；生物質(zhì)作為化學(xué)化工原料優(yōu)點(diǎn)6.化學(xué)工業(yè)使用更多可再生資源可是其本身在原料上各有保障；因?yàn)樵蛢H產(chǎn)于世界少數(shù)國(guó)家和地域，因而其價(jià)格易隨國(guó)際關(guān)系改變而改變，進(jìn)而使化學(xué)工業(yè)本身受到大影響7.生物質(zhì)資源比原油有更大靈活性。原油組成和性質(zhì)與一系列地理原因相關(guān)，生物質(zhì)結(jié)構(gòu)單元含有結(jié)構(gòu)多樣性，可用于生產(chǎn)不一樣產(chǎn)品。生物質(zhì)作為化學(xué)化工原料缺點(diǎn)1.在經(jīng)濟(jì)上沒(méi)有競(jìng)爭(zhēng)力。石油工業(yè)已經(jīng)相當(dāng)成熟，已經(jīng)形成了大規(guī)模。高效率生產(chǎn)系統(tǒng)。利用生物質(zhì)作原料化學(xué)工業(yè)體系仍處于研發(fā)階段。2.生物質(zhì)生產(chǎn)季節(jié)性很強(qiáng)。植物生長(zhǎng)有季節(jié)性，難認(rèn)為化學(xué)工業(yè)提供穩(wěn)定原料供給，對(duì)于當(dāng)代化學(xué)工學(xué)工藝流程提出新要求生物質(zhì)作為化學(xué)化工原料缺點(diǎn)3.在考慮用作化學(xué)化工原料生物質(zhì)是傳統(tǒng)糧食，把糧食原料改作化學(xué)化工原料是否適當(dāng)？生物質(zhì)獲取需要土地，大面積種植對(duì)環(huán)境有何影響？生物質(zhì)不太可能在一小面積區(qū)域內(nèi)集中種植并大量取得。4.生物質(zhì)組成極其復(fù)雜，不一樣種類(lèi)生物質(zhì)，其組成和性質(zhì)都不盡相同，對(duì)這些生物質(zhì)利用較為困難生物質(zhì)是巨大可再生能源庫(kù)生物質(zhì)資源來(lái)自于太陽(yáng)能（經(jīng)過(guò)植物光合作用）生物質(zhì)能在全球能源供給中歷史地位人類(lèi)利用生物質(zhì)能歷史長(zhǎng)達(dá)百萬(wàn)年，貫通人類(lèi)文明發(fā)展史19世紀(jì)煤炭利用興起20世紀(jì)以來(lái)石油天然氣成為主要能量起源一百多年高強(qiáng)度開(kāi)采消費(fèi)使化石能源漸趨枯竭，其對(duì)環(huán)境沉重壓力也引發(fā)國(guó)際社會(huì)極大憂慮。自上世紀(jì)90年代以來(lái)“可連續(xù)發(fā)展”成為時(shí)代最強(qiáng)音。生物質(zhì)能重新成為可再生能源亮點(diǎn)！我國(guó)常規(guī)生物質(zhì)資源

不考慮種植,木質(zhì)纖維素類(lèi)生物質(zhì)（Lignocellulose）是我國(guó)生物質(zhì)資源主體，其中農(nóng)作物秸稈占二分之一以上，這是我國(guó)生物質(zhì)資源主要特征！我國(guó)農(nóng)作物秸稈資源情況單位：百萬(wàn)噸標(biāo)準(zhǔn)煤人工種植能源作物提供淀粉、糖和植物油必定同時(shí)大量產(chǎn)出木質(zhì)纖維素類(lèi)生物質(zhì)我國(guó)可供利用邊際性土地約6千萬(wàn)公頃，能源作物種植可有效擴(kuò)大生物質(zhì)利用規(guī)模。蓖麻光皮樹(shù)麻瘋樹(shù)光棍樹(shù)甘蔗甘薯象草薪炭林蘆竹木質(zhì)纖維素類(lèi)生物質(zhì)對(duì)土地適應(yīng)性廣，能量轉(zhuǎn)化率最高木質(zhì)纖維素類(lèi)生物質(zhì)資源不論在當(dāng)前還是未來(lái)，木質(zhì)纖維素生物質(zhì)都是我國(guó)生物質(zhì)轉(zhuǎn)化利用主要目標(biāo)對(duì)象當(dāng)前，我國(guó)生物質(zhì)資源主體是每年7億多噸秸稈和3億多噸林業(yè)剩下物為代表木質(zhì)纖維素類(lèi)生物質(zhì)未來(lái)，考慮利用邊際性土地種植各種能源作物，木質(zhì)纖維素類(lèi)生物質(zhì)作為最主要產(chǎn)物情況依然不會(huì)改變化學(xué)轉(zhuǎn)化秸稈等纖維類(lèi)生物質(zhì)總量：20億噸秸稈：7億噸60％簡(jiǎn)單燃燒、田頭焚燒、堆放效率低、污染嚴(yán)重農(nóng)村高端能源嚴(yán)重短缺秸稈類(lèi)生物質(zhì)利用現(xiàn)實(shí)狀況和問(wèn)題我國(guó)秸稈消費(fèi)流向生物質(zhì)能源化利用生活用能液體燃料熱/電生物質(zhì)—秸稈世界各大國(guó)開(kāi)發(fā)生物質(zhì)能源化進(jìn)展1）美國(guó)生物質(zhì)能占總能源消耗4%，規(guī)劃年將達(dá)12％2）歐洲生物質(zhì)約占總能源消費(fèi)量2%，規(guī)劃年生物質(zhì)燃料替換20%化石燃料3）日本生物質(zhì)約占總能源消費(fèi)量0.9%，規(guī)劃達(dá)2%4）中國(guó)工程院預(yù)測(cè)我國(guó)農(nóng)村商品化生物質(zhì)能由當(dāng)前占農(nóng)村能源0.2%提升到年12.6％

生物質(zhì)為高品質(zhì)能源過(guò)程化學(xué)轉(zhuǎn)化清潔燃料生物質(zhì)化學(xué)轉(zhuǎn)化為清潔燃料是生物質(zhì)能源化利用主要技術(shù)路線之一

經(jīng)過(guò)生物質(zhì)直接液化、定向氣化、間接液化等生產(chǎn)氣體燃料、液體燃料及含氧燃料（甲醇、二甲醚等）高端液體燃料當(dāng)前石油是我國(guó)高端液體燃料主要起源

我國(guó)人均石油儲(chǔ)量不到世界平均水平1/10我國(guó)石油凈進(jìn)口1.36億噸，世界第三大進(jìn)口國(guó)預(yù)計(jì)到年，我國(guó)石油對(duì)外依存度將到達(dá)60%液體燃料新起源？生物質(zhì)是唯一能夠直接轉(zhuǎn)換為高端液體燃料可再生能源

生物質(zhì)熱解離

生物質(zhì)熱裂解是指以生物質(zhì)為原料，以氧、空氣、水汽或氫等作為氣化劑，

在高溫條件下經(jīng)過(guò)熱化學(xué)反應(yīng)將生物質(zhì)中可燃部分轉(zhuǎn)化成可燃?xì)膺^(guò)程。

氣化是部分燃燒或缺氧燃燒。是高溫下發(fā)生熱解過(guò)程。能夠經(jīng)過(guò)催化劑促進(jìn)。木質(zhì)纖維素結(jié)構(gòu)纖維素是植物細(xì)胞壁主要成份，其結(jié)構(gòu)單位是D-葡萄糖，無(wú)分支鏈狀，結(jié)構(gòu)單位間以糖苷鍵結(jié)合成長(zhǎng)鏈半纖維素是由各種糖單元組成一類(lèi)多糖，分子鏈短且?guī)в兄ф溎举|(zhì)素是苯基類(lèi)丙烷聚合物，含有復(fù)雜三維結(jié)構(gòu)。木質(zhì)素最難轉(zhuǎn)化，也難于和纖維素分離氣化最大困難是焦油和碳生成所以其用到催化劑以下：固有或添加堿金屬鹽能夠抑制焦油生成但增加灰分固載在CeO2/SiO2或白云石上貴金屬或鎳促使焦油降低（重整），但易積碳失活生物質(zhì)氣化制氫生物質(zhì)超臨界氣化生物質(zhì)在超臨界條件下能夠被水等介質(zhì)解離氣化，不需要氧氣，但要催化劑500－800℃高溫下，碳就能夠作為催化劑350－600℃下就需要Ru/TiO2催化劑微藻生物柴油1）微藻是光合效率最高原始植物，與農(nóng)作物相比，單位面積產(chǎn)率高出數(shù)十倍。微藻也是自然界中生長(zhǎng)最為快速一個(gè)植物，通常在24h內(nèi)，微藻所含生物質(zhì)能夠翻倍；2）可不一樣農(nóng)作物爭(zhēng)地、爭(zhēng)水，微藻能夠生長(zhǎng)在高鹽、高堿環(huán)境水體中，可充分利用灘涂、鹽堿地、沙漠進(jìn)行大規(guī)模培養(yǎng)，也可利用海水、鹽堿水、工業(yè)廢水等非農(nóng)用水進(jìn)行培養(yǎng)；3）產(chǎn)油率高，微藻干細(xì)胞含油量可高達(dá)70％，微藻沒(méi)有高等植物根莖葉等細(xì)胞分化，是最有前景產(chǎn)油生物。4）綜合利用價(jià)值高，生產(chǎn)微藻生物柴油同時(shí)，還能夠生產(chǎn)相當(dāng)數(shù)量藻餅，還可深入取得蛋白質(zhì)、多糖、脂肪酸等高價(jià)值產(chǎn)品，能夠有效降低微藻生物柴油成本。工程微藻→一石三鳥(niǎo)替換化石能源

降低CO2排放

凈化廢氣與污水

微藻→唯一有可能完全替換化石燃料生物柴油原料！成本問(wèn)題－技術(shù)經(jīng)濟(jì)Calgae

oil=6.9×10-3CpetroleumCalgae

oil－微藻油價(jià)格（$/L）Cpetroleum－石油價(jià)格（$/桶）目標(biāo)：假如原油價(jià)格維持在90～100美元/桶，則微藻油成本需維持在0.621～0.69美元/升以下則含有競(jìng)爭(zhēng)力！開(kāi)放池養(yǎng)殖光生物反應(yīng)器規(guī)模（噸生物質(zhì)/年）1000010000微藻生物質(zhì)成本（$/Kg）0.600.47微藻油成本（$/L）3.572.8*微藻含油量按30％計(jì)算按照美國(guó)可再生能源國(guó)家試驗(yàn)室測(cè)算，經(jīng)過(guò)技術(shù)進(jìn)步微藻生物柴油價(jià)格能夠控制在0.27~1.16美元/L($1.40to$4.40pergallon-1995)

開(kāi)展微藻生物柴油技術(shù)研發(fā)意義開(kāi)辟一項(xiàng)有久遠(yuǎn)發(fā)展前途新產(chǎn)業(yè)，促進(jìn)我國(guó)相關(guān)多學(xué)科基礎(chǔ)研究戰(zhàn)略性進(jìn)入可再生能源領(lǐng)域，從根本上處理“生物原料”問(wèn)題降低CO2排放能夠進(jìn)入CDM國(guó)際交易，含有商業(yè)價(jià)值，這將深入提升微藻生物柴油技術(shù)項(xiàng)目標(biāo)經(jīng)濟(jì)性提前進(jìn)入溫室氣體減排運(yùn)作，中國(guó)很可能將正式承諾減排協(xié)議，這意味著項(xiàng)目潛在經(jīng)濟(jì)性巨大結(jié)合廢氣、污水及廢水處理，吸收、固定含N化合物，產(chǎn)生更加好社會(huì)效益美國(guó)：可再生能源試驗(yàn)室在美國(guó)能源部資助下，于上世紀(jì)70年代末開(kāi)始了微藻生物柴油研究－AquaticSpeciesProgram:BiodieselfromAlgae廣泛搜集了美國(guó)西部、西北部、東南部、夏威夷等地3000種以上海藻標(biāo)本，篩選出300種海藻樣品（主要是綠藻和硅藻），作為繼續(xù)研究基礎(chǔ)深入研究了微藻生理，發(fā)覺(jué)了影響微藻油脂含量生理原因發(fā)覺(jué)了乙酰輔酶A羧化酶在微藻進(jìn)行油脂合成關(guān)鍵代謝步驟中催化作用，對(duì)ACCase輔酶基因進(jìn)行了全序列克隆研究，開(kāi)發(fā)了相關(guān)轉(zhuǎn)基因方法和體系開(kāi)展了微藻開(kāi)放池養(yǎng)殖放大試驗(yàn)（1000m2）未處理難題：成本！大規(guī)模養(yǎng)殖極難復(fù)現(xiàn)試驗(yàn)室結(jié)果，效率較低提升油脂含量同時(shí)總生物質(zhì)含量降低，轉(zhuǎn)基因微藻未實(shí)現(xiàn)油脂提升微藻種群比較脆弱：強(qiáng)光、溫度波動(dòng)、密度、O2、機(jī)械力輕易傷害其生長(zhǎng)，造成產(chǎn)率下降我國(guó)在大規(guī)模養(yǎng)殖螺旋藻類(lèi)方面走在世界前列1986年國(guó)家就正式立項(xiàng)，開(kāi)展了螺旋藻優(yōu)良藻種篩選，螺旋藻培養(yǎng)技術(shù)，螺旋藻工廠化中試研究等多項(xiàng)七五重點(diǎn)課題攻關(guān)當(dāng)前已建成近百家工廠，養(yǎng)殖產(chǎn)量達(dá)1000t，螺旋藻養(yǎng)殖1996年超出世界總量40％針對(duì)生物柴油富油微藻生物學(xué)研究相對(duì)微弱中國(guó)：以中科院和中國(guó)海洋大學(xué)為代表機(jī)構(gòu)負(fù)擔(dān)了多項(xiàng)國(guó)家及省部級(jí)微藻育種和保留生物技術(shù)研究，積累了豐富經(jīng)驗(yàn)光生物反應(yīng)器技術(shù)－關(guān)鍵微藻培養(yǎng)與生產(chǎn)開(kāi)放池系統(tǒng)：潛水池、循環(huán)池、池塘、跑道池封閉光生物反應(yīng)器系統(tǒng)：平板式、柱狀氣升式、攪拌釜式、浮式薄膜袋、密閉管式Hybird美國(guó)能源部，LiveFuels企業(yè)GreenFuel&AlgaeLink企業(yè)美國(guó)GreenStarProducts企業(yè)開(kāi)發(fā)了介于開(kāi)放池與封閉反應(yīng)器之間一個(gè)新型光生物反應(yīng)系統(tǒng)：到達(dá)了封閉反應(yīng)器系統(tǒng)性能但只有開(kāi)放池系統(tǒng)成本；規(guī)模達(dá)40000L（蒙大拿州）；已