生物质能源和材料课件.ppt

纤维素酶 ? 常用来生产纤维素酶的菌种来自 木霉属 Trichoderma 、曲霉属和青 霉属，其中里氏木霉 Trichoderma reesei 或绿色木霉 Trichoderma viride 所产纤维素酶的活力最高。 ? 目前研究的方向是： – 寻找和制作活力更高的纤维素酶； – 筛选和制作高效产酶的菌株，开发 低成本的产酶工艺。 32 乙醇发酵 ? 酿酒酵母是乙醇发酵的主要菌株，可发酵葡萄糖、 甘露糖和半乳糖，但不能利用木糖和阿拉伯糖。 ? 自然界中存在一些能发酵木糖产生乙醇的微生物： 如树干毕赤酵母、管囊酵母、嗜热糖梭菌等。目前 正在研究如何用这些菌种直接进行木糖发酵。 ? 此外也在尝试对酿酒酵母、大肠杆菌和运动假单胞 菌 Z. mobilis 进行基因工程改造，把木糖或阿拉伯糖 代谢的酶引入这些菌株中，使它们能够利用木糖和 阿拉伯糖进行乙醇发酵。 33 生物柴油 biodiesel ? 生物柴油： 是用动植物油脂为原料，除去其中的甘 油，将脂肪酸经醇类（如甲醇）酯化而成的脂肪酸 酯。 ? 主要生产技术：利用甲醇在酸或碱催化剂的作用下 置换三酰甘油中的甘油— 酯交换反应 。制成的产品 通常以一定比例掺和普通柴油使用。 ? 其优点是：含硫量低， SO 2 和硫化物排放少，含氧 量高，燃烧时排烟少，不含芳香族烷烃，废气毒性 低。 ? 缺点：原料价格高，供应不充足，经济竞争力差。 34 使用生物柴油的公交车 35 丙酮 - 丁醇发酵 ? 丙酮 - 丁醇发酵 是利用梭菌 Clostridium 属 细菌进行的厌氧发酵，具有广泛的碳源 利用能力，可以利用淀粉质、纸浆废液、 糖蜜和废弃农作物秸秆等进行发酵。 ? 丁醇是一种清洁燃料，燃烧后不会有 NOx 或 SOx 等有害气体产生；丁醇的碳 链更长，与汽油更接近，能够与汽油达 到更高的混合比。 ? 丁醇的挥发性较低，便于储存和使用。 并且燃烧产生的能量比乙醇多，可多走 30% 的路程。 Chaim Weizmann ：生 化学家，以色列第一 任总统。 36 具有代表性的厌氧发酵 丙酮酸 乙醛 乙酰 CoA 乙酰磷酸 乙醛 乙醇 乙酸 乙醇 乙酰乙酸 丙酮 异丙醇 乳酸 乙酰乙酰 CoA β - 羟丁酰 CoA 丁烯酰 CoA 丁酰 CoA 丁酰磷酸 丁醛 丁醇 酒精发酵 乳酸发酵 丙酮 - 丁醇发酵 37 丁酸 生物质制氢 ? 氢能 Hydrogen power 的优点： – 氢是 清洁能源 ，本身无色、无味、无臭、无毒，燃烧 产物干净，是最环保的能源； – 氢 资源丰富 ，氢是宇宙中最丰富的元素，在地球上大 量以水的形式存在； – 燃烧效率很高 ，容易做到完全燃烧；燃烧的热值为 142kJ/g ，高于所有化石燃料和生物质燃料； – 制备方法多 ，并且可以气态、液态的形式储存和运输； – 利用形式多 ，可以直接燃烧，或者用于燃料电池转化 为电能。 38 使用 Ni-H 电池的哈勃太空望远镜 39 2005 年欧洲博览会上使用氢燃料电池的汽车 Toyota FCHV-BUS 40 生物质制氢 ? 通过微生物发酵制氢的基本原理就是，把各种生物 化学反应生成的电子变换成分子状态的 H ，以 H 2 状 态回收。 ? 生成氢气的微生物有绿藻、光合细菌、氮固定细菌、 厌氧细菌等多种多样，它们依靠光合作用或者有机 物的厌氧氧化生成 还原力 ，放出 H 2 。 ? 光合细菌的 光发酵制氢 ：球形红杆菌 Rhodobacter sphaeroides 属于非硫紫细菌，其代谢非常多样化， 在无氧条件下进行光合作用（自养或异养），在无 光照条件下进行有氧化能异养，并且能固氮。 41 光发酵 Photofermentation ? 其产氢代谢主要是在光照条件下 利用短链有机酸作为电子供体， 其中催化产氢的关键酶是固氮酶。 ? 其捕光色素复合体吸收光能后通 过一系列的电子传递和质子转移 驱动 ATP 的合成。 ? 在限制 N 2 的条件下，有机物氧化 产生的电子传递给 Fd ， Fd 把电子 传递给固氮酶，固氮酶此时没有 合适底物，把 H + 作为最终电子受 体，使其还原为 H 2 。 有机酸 ATP 铁氧还蛋白 Fd ATP 固氮酶 H 2 42 光发酵 ? 其固氮酶的活性受到 O 2 的抑制， O 2 能破坏其结构和 活性；培养基中的 NH 4 + 是其另一种抑制剂。 ? N 2 对固氮酶催化的产氢反应同样具有抑制作用，在 N 2 存在时固氮作用将占优势。 ? 固氮酶的作用还受光照的强烈影响，连续光照能增 加其活性，光照和黑暗交替处理则更能保持其活性。 ? 光合细菌产氢能降解有机废物变为 H 2 ，保护环境， 具有较高的底物转化率，易于大规模生产，无污染， 能耗低，操作简单。 43 厌氧发酵制氢