学习资料5-20 现代生物技术与能源.ppt

乙醇代替石油所用的原材料和 所面临的困难 ? 在当前世界人口相当密集 的时代，可利用的土地资 源日益减少，粮食供应仍 是一大问题； ? 粮食成本较高，这样就可 能增加乙醇生产的成本， 使乙醇价格明显高于石油 价格。 必威体育精装版.课件 * 关键：高效地利用纤维素来代替粮食生产乙醇的工艺 “生 物 技 术” 必威体育精装版.课件 * 纤维素发酵生产乙醇 ? 酸、碱处理法 国内许多生产乙醇的高活性菌株均不能直接利用纤维素作 为发酵过程中所需的糖类物质，必须对所含的纤维素进行一 系列的酸、碱处理，并转化成微生物可利用的糖类。然后再 使用微生物发酵生产乙醇。 缺点：条件苛刻，对设备有很强的腐蚀作用，需要耐酸碱 的设备；水解过程会生成有毒的分解产物如糖醛、酚类等物质； 水解成本较高等。 必威体育精装版.课件 * ? 酶水解法 需要葡聚糖内切酶(ED)、纤维二糖水解酶(CHB)和β-葡 萄糖酶(GL)这三种酶的协同作用才行。能产生这三种酶并被 分泌到胞外的是真菌类微生物，如正青霉、木霉和疣孢青霉。 显然，如利用上述菌株对纤维素进行直接发酵，就不需要对 纤维素进行酸碱预处理。 优点：这种发酵工艺所需的设备简单，成本低。 缺点：所获的乙醇产量不高，因而生产成本较高。 必威体育精装版.课件 * ? 混合发酵法 热纤梭菌能直接分解纤维素生成乙醇，但乙醇产量 低(50％)，而热硫化氢梭菌不能直接利用纤维素，但所 产出的乙醇量相当高。因此，如把两者微生物进行混合 直接发酵，其产率可达75％以上。 优点：可避免用酸碱法或酶法水解纤维素时所引发的 部分问题。 必威体育精装版.课件 * ? 基因工程技术 既能直接利用纤维素又能高产乙醇的基因工程菌，也是 潜在的最有发展前途的技术之一。 目前基因工程菌的构建主要采用两种技术路线： ①把能水解纤维素的葡聚糖内切酶基因、纤维二糖水解 酶、β-葡萄糖苷酶基因克隆在能产生乙醇的菌株中，并研 究该菌株利用纤维素作原料的情况。 ②把能产生乙醇的基因克隆到能降解纤维素，但不能生 产乙醇的菌株中。例如，把运动发酵单胞菌的丙酮酸脱羧酶 基因和乙醇脱氢酶基因转移到不能生产乙醇的克雷伯氏氧化 杆菌中就能直接发酵纤维素产生乙醇。 必威体育精装版.课件 * ? 新的纤维素乙醇厂的内部图示，该装 置可以把农业纤维素废弃物转化为乙 醇。在右边的那个发酵罐内部，生化 酶可以有效降解纤维素。 ? 面临困难：由于纤维素分子是一种异质结构的聚合物，水解速率远远低于淀粉和其他糖类化合物。直到现在，纤维乙醇还被限制在实验室生产或小规模示范性工厂阶段，在美国还没有商业运行规模的纤维乙醇生产厂，美国能源部正在资金支持12个甚至更多的公司建立纤维乙醇示范工厂或商业运营工厂。 必威体育精装版.课件 * 生物技术与能源 微生物与石油开采 未来石油的替代物—乙醇 植物“石油” 甲烷与燃料源 未来新能源 必威体育精装版.课件 * 生物技术与能源 微生物与石油开采 未来石油的替代物—乙醇 植物“石油” 甲烷与燃料源 未来新能源 必威体育精装版.课件 * 植物“石油” “石油”植物，是指那些可以直接生产工业用燃料油，或经发酵加工可生产燃料油的植物的总称。 现已发现的大量可直接生产燃料油的植物，主要分布在大戟科。这些“石油”植物能生产低分子氢化合物，加工后可合成汽油或柴油的代用品。 必威体育精装版.课件 * 发现历程 植物“石油” 20世纪70年代，石油输出国组织成员国因故决定临时停止向美国出口石油，以示制裁。 美国加利福尼亚大学的化学家、诺贝尔化学奖得主梅尔温·卡尔文突发奇想，决定寻找可能生产石油的植物，进而从地里种出石油来。 它的胶汁的化学成分与柴油相似，无需加工提炼，即可充当柴油使用。 三叶橡胶树 必威体育精装版.课件 * 植物“石油” ? 产“石油”的树木 牛奶树 油楠 银合欢树 三角大戟 兰桉树 麻风树 必威体育精装版.课件 * 油料植物 向日葵 油棕榈 椰子 花生 油菜子 巴巴苏坚果 必威体育精装版.课件 * 必威体育精装版.课件 * 必威体育精装版.课件 * 必威体育精装版.课件 * 必威体育精装版.课件 * 必威体育精装版.课件 * 现代生物技术与能源 5-20 必威体育精装版.课件 * 煤炭 石油 不可再生 能源 天然气 必威体育精装版.课件 * 必威体育精装版.课件 * 太阳能 风能 水电能 可再生 能源 生物能 海洋能 地热能 必威体育精装版.课件 * 生物技术与能源 微生物与石油开采 未来石油的替代物—乙醇 植物“石油” 甲烷与燃料源 未来新能源 必威体育精装版.课件 * 生物技术与能源 微生物与石油开采 未来石油的替代物—乙醇 植物“石油” 甲烷与燃料源 未来新能源 必威体育精装版.课件 * 微生物与石油开采 ? 微生物勘探石油 ? 微生物二次采油 ?