生物技术与能源课件.ppt

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 本章概要 生物技术在能源生产中的应用 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 1 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 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。 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 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, 从而提高采油量。 效率：进一步提高采油量15%～30%。 2 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 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。 1.4 乙醇代替石油的困境—第二代燃料乙醇 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 Microbes in Bioethanol Production Cellulose and hemicellulose degradation by microbial cellulase and hemicellulase Clellulase may be isolated from fungi, yeast and bacteria. Microbes in Bioethanol Production 1.6 五元糖的利用菌株的筛选 植物纤维原料中戊聚糖占20 %～30 % 筛选方法(1) 从自然界中筛选戊糖发酵菌种。(2) 采用定向培育技术, 通过对已有菌株的长期驯化筛选从而得到所需菌株。(3) 采用原生质体融合技术。(4) 基因工程在菌种选育上的应用。 能利用五元糖的微生物：细菌、酵母、真菌，及其重组体。 2 生物柴油（Biodiesel） 由生物油脂转化而成的柴油相当产物 反应式：甘油三酯 脂肪酸短链醇酯+甘油 生物柴油于1988年由欧洲聂尔公司发明，1991年正式工业规模生产。2001年欧洲产量为78万吨，02年达到106.5，2003年142.8万吨。并计划在2010达到830万吨，2020年达到柴油市场份额为20% 2.1 生物柴油的原料 动物油 植物油 微生物油脂 10.4.2 能产“石油”的灌木 兰桉树 油楠的乔木 银合欢树 麻风树 黄鼠草 常见产油的植物 向日葵、棕榈、椰子、花生、玉米、白菜、香蕉、胡萝卜、棉籽、油菜子和巴巴苏坚果 提高植物产油量的途径 增加脂肪酸合成底物来提高油脂合成水平。 增加油脂合成途径的关键酶的基因表达。 植物和光合微生物油脂制备生物柴油的比较 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类脂 自养型：利用太阳能，以二氧化碳为碳源合成类脂 异养型微生物 光合微生物包括光合细菌和微藻 提高工程小环藻产油的途径： 设法提高乙酰辅酶A羧化酶或其他脂肪酸合成相关酶在微藻细胞中充分表达。 采用工程小环藻制造柴油的优势。 Photosynthetic Microbes As Feedstock for Biodiesel Production 2.5 工程细菌产油 通过基因改造大肠杆菌，直接合成单脂肪酸甲酯、或脂肪酸乙醇酯（生物柴油） 3.1 生产甲烷的生化机理 厌氧微生物生产甲烷途径 初步反应：利用芽孢杆菌属(Bacillus)、假单胞菌属(Pseudomonas)及变形杆菌属(Proteus)等微生物把纤维素、脂肪和蛋白质等很粗糙的有机物转化成可溶性的混合组分。 微生物发酵过程：低分子质量的可溶性组分 通过微生物厌氧发酵作用转化成有机酸。 甲烷形成：通过甲烷菌把这些有机酸转化为