生物技术与能源

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1、生物技术与能源授课教师朱飞舟Ph.D中南大学生物科学与技术学院生化系7/19/20211本章概要生物技术在能源生产中的应用生物能源的概念及种类7/19/20212什么是能源？生命的能源机械的能源不可再生能源：石油、煤炭、天然气可再生能源：太阳能、风能、地热能、水能、生物质能7/19/202131微生物技术与石油开采1.1勘探石油的方法地震法、地球物理法和地球化学法微生物法一、生物技术在能源生产中的应用7/19/20214油区底土中的重烃含量与季节变化存在一定联系，这种联系与微生物相关。抗血清筛选土壤中利用烃的微生物。1.

2、2微生物石油勘探技术的实验依据7/19/20215采油基本原理：油层自身（一次）或外在的压力(二次）强化注水，增加压力（由30%增加到40-50%）微生物产气，增加压力（由30%增加到50-65%）采用效率和成本1.3微生物二次采油技术7/19/20216原理：利用微生物分子生物学技术构建能产生大量CO2和甲烷等气体的基因工程菌株或选育能提高产气量的高活性菌株。目的：目的是让这些工程菌能在油层中不仅产生气体增加井压,而且还能分泌高聚物,糖酯等表面活性剂,降低油层表面张力,使原油从岩石中、沙土中松开,黏度减低,从而提高采油

3、量。效率：进一步提高采油量15%～30%。1.4微生物三次采油原理与效率7/19/202172微生物与天然气生产微生物转化难开采劣质油为天然气微生物转化难开采煤为天然气煤甲烷甲烷菌7/19/20218生物质能：通过各种物理、化学、生物的方法将生物质转化成的能源物质。如乙醇、丁醇、生物油、生物柴油、生物甲烷、生物氢气、生物电等。二、生物能源7/19/20219FromSunlighttoRenewableBioenergy7/19/2021107/19/202111BiomassFuelProduction植物单体小分子燃

4、料光能光合微生物7/19/2021121未来石油的替代物——乙醇乙醇燃料汽车乙醇作为燃料的益处不含有毒物质不生成一氧化碳7/19/202113葡萄糖酵解丙酮酸OX乙酰CoA三羧酸循环CO2+H2O无氧分解或酵解途径（有氧、无氧）有氧分解（有氧）乳酸乙醇糖代谢与乙醇生成1.1生产乙醇燃料的生化原理7/19/202114糖代谢与肌肉组织乳酸形成7/19/202115糖代谢与酵母乙醇发酵7/19/202116常用原材料:蔗糖或淀粉微生物:酵母菌关键酶:糖水解酶和酒化酶酵母菌1.3传统的乙醇发酵7/19/202117A.用于化学

5、工业的乙醇产量;B.用于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7/19/2021181.4乙醇代替石油的困境—第二代燃料乙醇生产乙醇燃料的原材料淀粉类纤维素类糖类其他玉米木材蔗糖菜花高粱木屑甜高粱葡萄小麦废纸糖蜜香蕉大麦森林残留物甜菜乳酪木薯农业残留物饲料甜菜乳浆土豆固体废物甘蔗硫化废物红薯产品废物葡萄糖7/19/202119生产乙醇原材料化学降解技术生产乙醇原材料酶解法降解技术葡聚糖内切酶(ED)、纤维二糖水解酶(CHB)β-葡萄糖酶(GL)微生物混合发酵法巴西种植甘蔗发展乙醇燃料1.5纤维素发

6、酵生产乙醇7/19/202120BiomassProcessing7/19/202121CelluloseandhemicellulosedegradationbymicrobialcellulaseandhemicellulaseClellulasemaybeisolatedfromfungi,yeastandbacteria.MicrobesinBioethanolProductionHemicellulose5C+6CSugarsCellulose6CSugarCellulasehemicellulase7/19/

7、202122MicrobesinBioethanolProductionPichiastipitisisafungusthatfermentsxylosetoethanol,anddegradesligninandcelluloseforthepotentialconversionofbiomasstoethanol.ThehighestyieldsfortheconversionofbiomasstoethanolareexpectedtocomefrommicroorganismssuchasP.stipitisth

8、atcanfermentthesugarxylose.Thelackofindustrial-grademicroorganismsforconvertingbiomassintofuelethanolhastraditionallybeencitedasamajortechnicalroadblocktodevel