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科学研究动态监测快报
2012 年 05 月 30 日 第 3 期(总第 44 期)
生物能源专辑
中国科学院青岛生物能源与过程研究所 主办
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中国科学院青岛生物能源与过程研究所 山东省青岛市崂山区松岭路 189 号
邮编:266101 电话:0532-80662646 电子邮件:bioenergy@qibebt.ac.cn
生物能源动态监测快报 2012 年第 03 期(总第 44 期)
目 录
专题
生物质能的产业发展重点和技术跨越重点 ................................ 1
短讯
美生物柴油公司转产化妆品 ........................................................ 7
IEA发布交通用生物燃料技术路线图 .......................................... 7
新加坡检测转基因麻疯树生物燃料 ............................................ 8
本期责编: 程 静 出版日期:2012 年 05 月 30 日
专题
生物质能的产业发展重点和技术跨越重点
战略性新兴产业发展重点
目前,全球生物质产业主要集中在生物质资源、生物燃气(沼气等)、生物质发
电、生物液体燃料(生物柴油、生物乙醇、生物丁醇等)、生物质固体成型燃料、热
化学转化生物油及合成各种动力燃料、生物制氢等,其中以生物燃气、生物质发电、
生物液体燃料、生物固体成型燃料的研究最多,技术也最为成熟,是生物质能产业
化的发展重点,生物资源产业是其他产业发展的基础。
1. 生物质资源
1.1 能源农林业产业
随着生物质产业规模的扩大和资源需求的不断增长,生物质资源来源逐渐由农
林废弃物、城市垃圾等被动利用的生物质资源转向主动培育的生物质资源。能源农
林业是生物质资源产业的发展重点,产业发展过程中要重点解决 3 大问题:(1)减
少和消除生物质能对粮食生产和流通的不利影响,确保粮食安全;(2)消除生物质
经济价值与生态价值之间的矛盾,保障环境安全;(3)扫清能源农业商业化经营的
障碍,实现规模化发展。
针对生物质原料分布分散及存在与人争粮的问题,能源农林产业应大力发展规
模化种植业,并提高能源植物抗逆能力,充分利用边际土地。能源农业植物品种方
面,重点推广富含糖的能源植物、富含淀粉的能源植物和富含纤维的能源植物的规
模化种植;能源林业发展重点是富含油脂和烃类成分的能源植物的规模化培育和品
种改良。为推进发展能源农林业产业,我国应加强能源植物资源的普查、收集和保
藏工作,建立国家级能源植物优良种质筛选、改造和保藏平台,突破能源植物优良
种质资源创制与规模化培育关键技术,建立良种能源植物繁育示范基地。依托从事
植物研究相关机构,联合有关企业,在四川、云南、贵州等具有丰富边际性土地的
区域,大力种植经改良后的小桐子、芒草和速生杨等能源植物新品种。
1.2 能源藻类资源产业
能源藻类资源产业发展的重点方向是优质藻类生物质资源的培育和大规模培育
技术的发展与成本的控制。优质藻株的培育目标是生产快、抗性强、能够代谢积累
油脂或烃等燃料分子;规模化培养中,需要重点解决水耗、物能、能耗过高,培养
装备投资过大的问题,开发有机废水和烟道气利用的微藻生态养殖技术和规模化集
成优化放大技术。在反应器的选择方面,开放式反应器因其成本较低,而应用广泛,
但仍存在效率较低和藻种易被污染等问题。
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2. 生物液体燃料产业
生物液体燃料产业重点发展的优质产品有纤维素液体燃料、微藻航油和生物柴
油。
纤维素液体燃料生产的核心环节研发均取得重要进展,开发的新技术接近实现
产业化条件,但由于原材料成本和生产工艺成本过高等原因导致纤维素燃料产业进
展缓慢。未来产业发展重点是高附加值新型石油基汽油替代产品的研发,如燃料丁
醇,生物呋喃等;高效低成本纤维素水解酶的研制与应用;整合的纤维素燃料生产
工艺的开发。为加快纤维素液体燃料实现产业化生产,应加大木质纤维素生物转化
液体燃料的支持力度,加快研发进程,突破核心关键技术和成套化工艺与装备,建
立纤维素燃料乙醇和丁醇的技术与产品
标准
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,在未来 3-5 年建成万吨级/年纤维素燃
料乙醇和燃料丁醇的工业化示范系统,10 年内实现纤维素燃料乙醇与丁醇的商业化
推广应用。
微藻航油的发展处于示范和中试规模阶段,微藻航油的研发和生产都需要大量
资金投入,成本是制约其发展的主要难题;生物质原料的生产和全新产业链的建立
过程中所面临的问题也是藻类航油产业发展的主要障碍。为推动藻类航油产业化,
需要政府部门、投资者和产业多部门合作研究,合理选择原料、转化技术及厂址,
建立可持续航空燃料产业链;航空公司积极参与,通过与燃料生产者签署购买合约
支持航空生物燃料的发展;科研人员与机构要与企业和投资者密切合作,降低生物
质燃料生产成本。
微藻航油的下一步工作重点有:加强微藻生物液体燃料核心技术研发,建立微
藻生物燃料研发平台,突破微藻生物柴油、航空燃油产业化发展的瓶颈制约,形成
一系列具有自主知识产权的核心关键技术,5 年内建成百吨级甚至千吨级的微藻生
物燃油中试系统,10 年内建成万吨级微藻生物燃油商业化示范系统。预计在未来
10-20 年间,可实现藻类生物燃料的规模化商业生产,到 2015 年,工业产值将达到
16 亿美元。
生物柴油工艺已经基本成熟,并实现产业化推广。存在的问题一是原料供应不
足是制约生物柴油产业化发展的关键瓶颈,2008 年我国生物柴油产能超过 50 万吨,
但由于原料供应不足,实际产量不足 30 万吨;二是生物柴油成本远远高于石化柴油;
三是没有正式销售渠道,虽然国家制定了 B10、B5 等生物柴油标准,但国家尚无生
物柴油上市;三是生产企业规模较小,工艺技术粗糙。
生物柴油产业化工作重点为:(1)通过开发能源微藻和推进油料作物能源林建
设保障原料供应。(2)制定产业发展规划,鼓励生物柴油企业的兼并整合。(3)逐
步有序开拓生物柴油销售市场。(4)加强生物柴油加工工艺技术研发,特别是可同
时适应不同原料的生产工艺。
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3. 生物燃气
我国生物燃气产业目前主要以户用沼气池和以畜禽粪便为原料的大中型沼气工
程为主,相比国外先进水平,其存在的主要问题是:技术水平较低,难以达到工业
化运行水平;原料种类单一,限制产业发展规模;生物燃气净化、提质技术水平低、
成本高,限制生物燃气应用范围;我国以秸秆为原料的生物燃气技术规模小、效率
低、运行稳定性差,难以达到工业化、连续生产要求;我国大量边际性土地可以种
植能源作物用于生物燃气生产,但目前缺乏系统的以生物燃气生产为目标的能源作
物种质资源筛选和燃气生产技术研究。这些因素都成为我国生物燃气产业发展壮大,
提高技术水平和行业盈利的重要限制因素。
为促进我国生物燃气产业发展,在未来的 2-5 年内,着力建设 1-2 个可支撑生
物燃气产业化技术系统集成与研发的科研和工程平台,集中技术力量和研发设备,
系统开展生物燃气高效生产制备、提质、利用等创新技术开发,重点开展重要生物
质如秸秆的生物燃气生产技术系统集成和燃气提质利用技术开发。针对生物燃气规
模化发展需要,在 2-3 年内,重点部署农业秸秆车用燃气技术、能源植物等新型原
料高效厌氧发酵制备生物燃气新工艺、生物燃气产业化系统集成等重要研发方向,
同时进行生物燃气产业化装备和过程工艺开发,整体推动生物燃气产业化技术的快
速发展。
重视生物燃气的产业化技术推广和应用扩展,通过产学研结合,尽快推动秸秆
等重要生物质规模化制备车用燃气的产业化进程,通过系列化技术开发与技术系统
集成,在 2-5 年内建成年产 300 万立方车用燃气的工业化示范工程,5-10 年内推广
生物燃气产业化应用,推动生物燃气成为我国非常规天然气的重要组成部分,为我
国转变能源供应结构做出重要贡献。
4. 生物质发电产业
生物质发电产业虽然得到了国家的大力支持,在建项目日益增加,但大多数生
物质发电厂却处于亏损状态,主要存在以下几个问题:(1)生物供应成本较高,我
国生物质发电原料以农业废弃物为主,由于资源分散,收集手段落后,原料成本居
高不下,一方面限制了生物质发电项目的规模,另一方面使生物质发电成本远高于
大型的煤发电成本。(2)自主核心技术严重缺乏,对不同的工艺和技术,国内虽然
有一定研究,但应用很少。(3)投资渠道和投资资金缺乏。生物质发电项目资金密
集程度较低,资金管理困难。
为促进我国生物质发电产业发展,要借鉴发达国家的经验,积极建立具有规模
效益且规模较高的新技术试验示范工程,积累工程建设和应用经验;建设项目规模
与当地经济发展水平匹配,根据原料的时间空间分布特点和农业现代化程度,确定
生物质发电项目建设规模;与现代农业经济相结合,根据农村经济的特点,吸引社
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会资金进入生物质发电项目,形成一个多元投资主体构成的新兴行业。
5. 生物质固体成型燃料产业
生物质固体成型燃料的技术相对简单,关键是降低固体成型燃料生产过程的能
耗和成本,实现成果转化。为促进产业发展,国家应制定合理的管理模式和扶持政
策,制定中长期发展目标,生物质固体成型燃料近期应致力于解决农村燃料缺乏、
燃烧效率低的问题,并在适宜地区替代部分锅炉燃料;长远上将作为秸秆类生物质
储存的重要方式,为各种生物燃料过程尤其是生物质气化过程、生物质发电供应原
料。
技术跨越的重点
1. 资源的筛选改造与规模化培育技术
原料是当前制约生物能源产业规模发展的最大瓶颈,生物能源技术研发重点将
由“制造燃料”向“制造原料”转移。目前我国尚没有选定可以稳定提供原料的专
门能源作物,需要对现有植物或微生物进行品种筛选和培育、功能基因组筛选、基
因改进或引入等基础性工作,以利于作物增加单位面积的生物质资源量和目标成分
(如糖类、油脂等)含量、改进生物产品性能、提高抗病虫害能力、强化抗逆性、
引入固氮性能等。技术跨越重点包括:
影响能源植物物质合成和光合产能的关键功能基因与蛋白的挖掘技术
增加单位面积能源植物产量相当于提高太阳能利用效率,增加 CO2固定量。从能
源和温室气体减排角度考虑,能源植物必须具有高产特性,能在原生植物固有的固
碳能力基础上产生“额外的”生物质用作能源用途;我国可利用的土地少,只有高
产才有可能使能源植物在不影响粮食、饲料供应的前提下供应生产生物质能源的原
料,增加“额外的”生物质产量对我国生物能源产业的发展尤为重要。
能源植物遗传改造、分子设计与育种技术
改进生物产品性能是为了获取更多、更容易转化的生物质原料,降低将原料加
工成燃料的难度和消耗,如改进细胞壁形成基因使之更容易水解、增加生物体内淀
粉和油脂的转化率、或者直接引入可以产生碳氢化合物的基因等。生物质原料的改
进可以直接提高生物能源的经济性,更为重要的是,原料改进可以大幅降低生物质
转化为燃料过程中的能源和物质消耗,从而使能源净产出显著增加。
提高抗病虫害能力、强化抗逆性、引入固氮性能等是为了使作物能够适应各种
恶劣条件、简化种植工艺、减少化学品的投入,以增加可利用土地面积、降低产品
成本、减少能源消耗和碳排放,使生物质能源更具有竞争性。其中生物固氮技术将
成为战略性的技术,不仅是因为氮肥生产过程中产生大量的能耗和排放,还因为氮
肥在施用过程中流失严重造成水体富营养化,以比 CO2温室效应高几百倍、并能造成
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大气臭氧层破坏的氮氧化物方式排放到大气中。
能源植物规模化种植、采收与储藏技术
对具有良好前景的能源植物,充分利用大量的边际土地,通过丰产栽培试验示
范,提出高产栽培配套技术与最佳发展模式。
2. 生物质预处理技术
木质纤维素是多种生物液体燃料和生物燃气的主要原料,木质纤维素结构组分
复杂,未处理的木质纤维素很难直接被微生物和酶降解。近年来常用的有烯酸预处
理、蒸汽爆破和氨爆法等预处理技术,但这些
方法
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仍然存在一些需要进一步研究解
决的问题,如在采用蒸汽爆破法时,木质素分离不完全,部分木糖被破坏,后处理
会损失可溶性半纤维素组分,对软木等分离效果较差等。纤维素原料预处理存在的
主要问题是不能彻底分离纤维素以及包裹在纤维素周围的半纤维素和木质素。下一
步工作重点为采用多种方式协同作用改善处理效果,有效分离纤维素、半纤维素与
木质纤维素,同时不破坏其分子结构,减少酶抑制物的生成,为后续酶解发酵工艺
创造有利条件。
藻类的油脂、碳水化合物和蛋白质都包括在细胞内,在转化为生物燃料前需要
进行破碎和提取预处理过程。藻类生物质预处理技术包括有机溶剂直接转酯化反应
法和超临界液体提取法等。但这些工艺仍存在许多问题,如有机溶剂直接转酯化反
应需要高温高压,增加工艺成本,有机溶剂会造成环境污染等。下一步工作重点为
通过对藻类生物学机理、培养到生产过程经济性各个环节之间的关系的整合研究,
建立一套高效、节能、环保的提取工艺;积极研究培育油脂分泌型微藻等非传统油
脂提取方式。
3. 生物催化转化技术
生物催化剂技术是生物催化和转化技术的核心。生物催化剂快速定向改造新技
术已被用于上百个酶的进化, 大大提高了生物酶的活性和效率。合成气发酵技术和
生物质热化学转化技术都是极具潜力的燃料转化工艺,为下一步技术跨越重点。
尽管我国在生物催化剂研制方面已经取得了长足进展,但是与国外相比仍有一
定的差距。在生物催化剂的定向改造技术中,最大瓶颈是缺乏通用的高通量的筛选
方法,或比较通用的针对目标活性的选择方法。因此高通量筛选日益受到人们的重
视。随着工业生物技术的发展, 人们对生物催化剂的要求也日益增高,寻找新型生
物催化剂或通过定向改造技术增加生物催化剂的新功能及新底物仍是目前的主要任
务。催化剂技术的关键问题有:微生物资源库和微生物功能基因组学技术;纤维素
酶等关键酶的规模化生产技术;新型固定化酶技术;生物催化剂快速定向改造技术,
重点是提高催化剂的热稳定性,提高有机溶剂中酶的活性和稳定性,扩大底物的选
择性等。
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合成气发酵生产燃料技术可以将全部生物质转化为合成气,能充分利用生物质
资源中的木质素和五碳糖,不需预处理和纤维素酶解,是极有潜力的燃料开发途径。
工艺中存在气质传递效率差和微生物发酵能力低等关键瓶颈问题,需要完善和突破
以下技术:高效气质传递合成气发酵装置模拟与设计技术;合成气发酵微生物新资
源筛选、突变菌株高通量筛选、重要发酵菌种产醇机理与调控技术;发酵菌种系统
生物学和合成生物学改造技术;发酵工艺设计、优化和放大技术。
生物质热化学转化生产液体燃料技术对不同生物质种类的适用性较强,可应用
于木质纤维素、城市固体废弃物(MSW)、垃圾、污泥、各种农作物及秸秆的转化利用,
分为间接液化技术与直接液化技术。
间接液化技术中气化、合成均为较成熟的化工单元技术,但将生物质气化与下
游合成耦合在一起的实际经验还很不足。目前,生物质气化过程焦油消除、合成气
的净化、合成催化剂的寿命、合成工艺的能耗以及整体技术的规模和经济性等问题
急需解决。间接液化的重点技术有:生物质原料低温烘焙技术,用以提高能量密度、
降低运输成本、扩大经济运行规模并实现生物质原料标准化;高效生物质气化技术,
着力降低焦油生成量,提高碳转化率和冷煤气效率,进一步提高气化炉单台处理能
力;合成气净化技术,进一步降低焦油脱除水耗和气体净化成本;选择性催化合成
技术,高效长寿命催化剂研发,并结合反应器改善工艺过程参数,降低能耗,进行
过程放大及优化;与发电、生物技术等耦合的生物质多联产技术,实现生物质原料
的分级转化,通过系统集成优化提高整体效率和经济性。
生物质直接液化面临的主要问题是直接液化产品品位较低,深入认识生物质直
接液化的基础理论问题,并有效构建催化剂和工艺技术,有效的在直接液化过程及
液化后对直接液化油进行改质是未来的主要发展方向。关键技术包括:生物质原料
高效预处理技术,选择性脱除生物质中对直接液化过程不利的微量元素;高效生物
质液化催化剂,开发可在较低温度下实现对生物质大分子选择性断键的新型催化剂;
开发生物质催化热解及催化水热脱氧液化等直接液化反应器及工艺技术,重视催化
剂在现有工艺中的集成;根据直接液化油的特点,开发其精制制备车用液体燃料及
高附加值化学品的技术路线。
参考文献
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IEA, Algae as a Feedstock for Biofuels. 2011.
蔡浩 发展能源农业须解决好三大问题 经济前沿 2006(7):17-19
曾炜 我国生物柴油发展状况及对策 华中农业大学学报 2009(4):43-48
曲音波 纤维素乙醇产业化 化学进展 2007(19)1098-1108
邢雪荣,工业生物技术产业发展趋势及对我国的启示 战略与决策研究 2010(25)5:506-513
朱跃钊 工业生物技术的研究现状与发展趋势 化工学报 2004 55(12):1950-56
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短讯
美生物柴油公司转产化妆品
Amyris 公司是美国主要生物燃料生产公司之一,利用合成生物学,制造替代能
源,以取代常规石油产品,不久前,这家公司决定逐步减少生物燃料业务,集中销
售高附加值产品,如化妆品。
公司创建后不久便着手生产生物燃料,他们利用转基因生物和简单的化学反应,
生产生物柴油并取得了一些成功,曾为巴西的公共汽车生产生物柴油。公司的微生
物制造出来的化学品还可以用于别的地方,如保湿霜和香水,这些产品可以卖出更
高的价格。公司称,它所有产品的平均售价为每升 7.70 美元,或每加仑 29 美元,
远远高于以石油为基础的柴油的价格(在巴西,柴油大约每升 1美元)。因为公司对
保湿霜和香水等产品的定价,平均售价被抬高,但仍不足以使公司实现收支平衡。
根据收益报告,公司在 2012 年第一季度亏损 9500 万美元,相比之下,去年同期亏
损 3300 万美元。公司首席执行官约翰•梅洛说,公司需要通过优化发酵工艺降低成
本,而不是改造构建微生物。并且公司下一步将注重运营,结束“偏重研发”的技
术路线。
公司仍在生产生物柴油,但会在年中会停产,同时公司仍在从事合资企业,利
用 Amyris 公司的技术,并新建大型工厂,在未来某个时候生产燃料。但首先,公司
会努力使保湿霜和香水业务盈利。与此同时,公司今年
计划
项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载
筹集新的资金,主要通
过伙伴关系和合作
协议
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,以维持运营。
苏郁洁 摘译自:http://www.technologyreview.com/blog/energy/27570/
检索日期:2012 年 05 月 21 日
IEA发布交通用生物燃料技术路线图
5 月 23 日,《交通用生物燃料技术路线图》(以下简称路线图)中文版发布会在
京举行。这是国际能源署(IEA)一系列全球能源技术路线图之一。它旨在通过生物
燃料为交通运输行业提供一种向低碳、非石油燃料过渡的方式,减轻对石油等传统
燃料的依赖。
国际能源署可持续发展部轲铭在详解路线图时
表
关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf
示,按照该路线图的规划,到
2050 年,通过有效措施,能够把生物燃料在交通运输能源占比从目前的 2%提升到
27%。这里所指的生物燃料大部分将来自目前尚未进行商业推广的高级生物燃料技
术。实现本路线图,需要政府的大力支持,需要持续、有效、灵活的激励机制。
他同时提醒,粮食安全依旧是制定良好生物燃料政策时要考虑的一个至关重要
的因素。保持粮食供应的可持续性也是开发生物燃料的可靠保障。开发生物燃料不
7
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会造成与人争粮的局面,因为大多数先进的生物燃料原料都选用非粮材料,比如玉
米芯以及其他农林废弃物等。
路线图中并没回避开发这类技术可能遇到的挑战,它以藻类用作生物燃料原料
对此加以说明。目前种植藻类再从中提取油料还比较昂贵,成本大概在 5.75 美元/
升,这还不包括转化成生物燃料的成本。藻株优化、降低成本、扩大生产等是藻类
生物燃料开发和商业化运作的重要挑战,需要在基础研发工作上投入更多。
轲铭在接受记者采访时表示,这一路线图在中国实施面临的挑战与其在国际上
实施所面临的挑战一样,有几个关口要过。首先是原料供应问题,虽然中国是粮食
生产大国,但不能保证在发展生物燃料的过程中能够收集到足够原料。其次,生物
燃料应用于交通领域时可能会遭遇技术壁垒。最后是基础设施配套问题。但他同时
指出,如果政府能够给予政策支持,行业也能积极推动,路线图在中国顺利实施指
日可待。
IEA 可再生能源处高级能源分析员亚当·布朗博士在会上表示,路线图中所指
的高级生物燃料,比如纤维素乙醇,即利用木质纤维素原料生产乙醇已取得重大突
破。今年 2 月,丹麦诺维信面向全球市场推出适用于纤维素乙醇商业生产的新型高
效酶——诺维信 CTec3,进一步提升了生物乙醇的经济性,对玉米乙醇和汽油构成
强有力的竞争。
来源:http://www.iea.org/publications/freepublications/publication/name,27212,en.html
新加坡检测转基因麻疯树生物燃料
在全世界都在寻找替代能源以改善能源缺乏情况的时候,新加坡的科学家们正
在计划开发并测试世界首个转基因麻疯树植物。该转基因麻疯树预计将比普通种子
多产出 10%的油。
预计在未来三年内进行农田中现场试验以及商业运作。研究发现,从这种转基
因麻疯树上提炼出的生物燃料是易燃且环保的,因为其产出的氧化物更少。
Temasek Life 科学实验室以及 JOil 开发了该转基因麻疯树,并已经申请了专
利。JOil 首席财政官 Sriram Srinivasan 表示,“如果你当前的生物柴油市场有所
了解,你会发现全球柴油消耗约 12 亿吨,我们预计在未来 10 年内将用该麻疯树取
代其中的 5%。这就节省了约 1600 万吨的柴油。”
尽管分析家对其商业运作还不能确定,但麻疯树油成本低,对经济和成本有利。
麻疯树生物柴油预计将满足全球航空、航运、电力等行业不断增加的能源消耗的需
求。
来源:http://www.bioon.com/bioindustry/bioenergy/524399.shtml
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