生物技术和能源省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

生物技术与能源生物质：是指利用大气、水、土地等经过光合作用而产生各种有机体，即一切有生命能够生长有机物质通称为生物质。它包含植物、动物和微生物。生物质能：就是太阳能以化学能形式贮存在生物质中能量形式，即以生物质为载体能量。它直接或间接地起源于绿色植物光合作用，可转化为常规固态、液态及气态燃料，取之不尽、用之不竭，是一个可再生能源，同时也是唯一一个可再生碳源。目录国内外发展现实状况利用方式2.国内发展现实状况我国生物质资源丰富，全国可作为能源利用农作物秸秆及农产品加工剩下物、林业剩下物和能源作物、生活垃圾与有机废弃物等生物质资源总量每年约4.6亿吨标准煤。截至，生物质能利用量约3500万吨标准煤，其中商品化生物质能利用量约1800万吨标准煤。中国生物质能资源分布图中国生物质能资源分布图利用方式我国存在问题：1.还未形成共识。2.商业化开发利用经验不足。3.专业化市场化程度低，技术水平有待提升。4.标准体系不健全。5.政策不完善生物柴油优点：（1）优良环境保护特征制备方法：酯交换法、催化加氢、气体合成1.第一代生物柴油——酯交换法动植物油脂主要成份是甘油三酯，酯交换法是利用低碳醇在催化剂作用下与甘油三酯反应生成脂肪酸甲酯和甘油。催化剂：酸、碱及其复合应用酸催化法催化剂：硫酸、盐酸和磷酸等。碱催化法催化剂：氢氧化钠、氢氧化钾和甲醇钠等。酸、碱复合催化法是先在酸催化剂作用下，将脂肪酸转化为脂肪酸甲酯，再在碱催化剂作用下，将甘油三酯转化为脂肪酸甲酯。（1）酸碱均相催化法（2）酸碱非均相催化法（1）酸碱均相催化法反应条件相对温和，反应速率快，不过，因为催化剂含有强腐蚀性，反应结束后，需对酸或碱进行中和及分离等后续处理，工艺流程长，生产成本增加，且存在废水和废渣排放等环境污染问题。碱性催化剂是当前使用最为广泛催化剂。液碱催化技术应用——鲁奇工艺（德国）酯交换反应器（2）酸碱非均相催化法大多采取固体酸和固体碱，可防止液体酸、碱难分离问题以及废水和废渣排放问题与固体酸相比，固体碱含有较高反应活性，可简化催化剂分离回收过程及缩短反应时间，实现了连续生产，降低了生产成本。固碱催化技术应用——Esterfip-H固体碱工艺（法国）固定化床反应器（混合金属氧化物固体碱催化剂）（3）超临界法是在超临界流体参加下化学反应，超临界流体既能够作为反应介质，又能够参加反应。在超临界状态下，低碳醇和油脂成为均相，反应速率大，反应时间短。另外，在反应中不使用催化剂，反应后续分离工艺简单，不排放废碱或酸液，不污染环境，生产成本大幅降低。不过超临界法反应条件非常苛刻，需要在高温高压下进行。应用——超临界甲醇醇解（SRCA）工艺（中国）反应压力：6.5~8.5MPa（4）生物酶法利用脂肪酶催化醇与甘油三酯进行酯交换反应，制备生物柴油。生物酶法优点在于条件温和、醇用量少、游离脂肪酸和水含量对反应无影响、无污染排放。但脂肪酶价格昂贵，故此方法成本较高，不利于大型工业生产。2.第二代生物柴油——催化加氢（1）直接催化加氢：将油脂在高温高压下进行深度加氢，羧基中氧和氢生成水，本身还原成烃。应用——芬兰Nest企业NExBTL（新一代环境保护生物柴油）工艺（2）加氢脱氧异构是油脂经过加氢脱氧和临氢异构化两步来制备生物柴油应用——美国环球油品公司(UOP)Ecofining（绿色柴油）工艺生物柴油——催化加氢生物柴油——催化加氢3.第三代生物柴油——气体合成生物制氢（1）光解水制氢微生物光合作用分解水产氢。以蓝藻为例：H2O（光）缺点：产氢能力较低，不消耗废物。理论研究：管英富等采取固定化技术对海洋扁藻进行固定，发觉固定化光解水产氢效率提升5倍。（2）光发酵制氢光合异养型细菌在厌氧条件下，以有机物厌氧酵解产生小分子有机酸或醇为底物，光提供能量，将H+还原成H2过程。当葡萄糖作为光发酵基质时，反应方程以下：光发酵含有相对较高光转化效率。理论研究：GuillaumeSabourin-Provost学者首次：底物：生物柴油中粗甘油生物：紫色脱硫光和细菌H2产量:6molH2/mol粗甘油，理论产量75%才金玲：底物：乙酸生物：产氢海洋光和细菌（富集获取）研究条件：温度（30℃）、光照条件（4000lx）、起始pH（8.0）、乙酸浓度（3）暗发酵制氢异养型厌氧细菌当葡萄糖作为暗发酵基质时，反应方程以下：在有机废物厌氧处理过程中，酸化阶段是在初始水解之后第二阶段，在这一阶段能够产生挥发性脂肪酸、乙酸和H2、CO2。理论研究：汤桂兰等，利用养殖场废水进行了厌氧发酵生物制氢技术研究。以厌氧消化污泥作为天然产氢菌源，经过养殖场废水厌氧发酵生产氢气，结果表明，加入营养物质接种污泥养殖场废水氢气含量、累积产氢量和单位COD氢气产量最高可到达50.65%、334.80mL和287.10mL/g。（4）光发