第01期生物質能的研究進展綜述專論生物質能的研究進展陳正中(上海迪普材料工程有限公司,上海20035)摘要:介紹了生物質能研究現(xiàn)狀包括生物柴油生物乙醇和生物制氫和沼氣4個方面提出了目前研究中存在的問題展望了今后生物能源的發(fā)展方向關字:生物柴油;生物乙醉;生物制氫;沼氣中圈分類號TQ文獻標識碼A文章編號:1672-8114200901-00010隨著世界經(jīng)濟的快速發(fā)展和人口的迅速增生物柴油的主要制備方法有:直接混合法、微加,大量開采和使用礦物能源帶來的能源短缺和乳液法、高溫裂解法和酯交換法環(huán)境污染問題,已促使人類更多地關注對可再生直接混合法就是將天然油脂與柴油或醇類混能源和清潔能源的開發(fā)和利用。尋找新的可替代合直接使用,但產(chǎn)品粘度較高。Anon在柴油中摻能源和開發(fā)可再生能源體系是實現(xiàn)社會可持續(xù)發(fā)了95%的回收煎炸油,發(fā)現(xiàn)每運行4-415km展的必然選擇就必須更換潤滑油,這是因為植物油的高粘度引生物能源是指利用生物可再生原料及太陽能起了不飽和成分的聚合,使?jié)櫥褪艿轿廴径兩a(chǎn)的能源,包括生物質能、生物液體燃料及利用質。微乳液法是指用植物油、水、乳化劑等配制出生物質生產(chǎn)的能源,如燃料酒精、生物柴油、生物乳液,可降低產(chǎn)品粘度。 Goering{2用50%的0#柴質氣化及液化燃料、生物制氫、沼氣等。生物能源油,25%的大豆油,20%的正丁醇和5%的乙醇制所需的原料是由能源植物通過光合作用固定二氧成的微乳狀液體系通過了EMA( Engine Manufac化碳和水,將太陽能以化學能形式儲藏在植物中, turers' Association)200小時的測試,可以用在柴油是一種可再生的環(huán)保型新能源。因此,開發(fā)生物能機上代替柴油使用。乳液中正丁醇含量愈高,其粘源是解決能源危機和保護生態(tài)環(huán)境的有效途徑。度愈低,分散性愈好。高溫裂解法是指在常壓、快本文主要介紹生物質能中具有代表性的生物柴速加熱、超短反應時間的條件下,使生物質中的有油、生物乙醇、生物制氫和沼氣的研究進展。機高聚物迅速斷裂為短鏈分子,從而最大限度地獲得燃料油。 Pioch采用熱解的方法以椰子油和1生物柴油棕櫚油為原料,以SiO2/AlAO3為催化劑,在450℃生物柴油是以動植物油原料,通過與甲醇進裂解。裂解得到的產(chǎn)物分為氣液固三相,其中液相行酯交換生成脂肪酸甲酯而制成的液體燃料。最的成分為生物汽油和生物柴油。分析表明,該生物早的生物柴油由德國聶爾公司發(fā)明,它是以菜籽柴油與普通柴油的性質非常相近。高溫熱裂解法油為原料,經(jīng)提煉而成的潔凈燃油。突出的環(huán)保性所得的主要產(chǎn)品是生物汽油,而生物柴油只是其和可再生性,引起了世界發(fā)達國家尤其是資源貧副產(chǎn)品。酯交換法是當前制備生物柴油的常用方乏國家的高度重視。法,通常使用甲醇和動植物油進行反應而得。根據(jù)反應所需的不同催化劑,可將反應分為酸催化、堿催中國煤化工 Edward Crabbe以作者簡介陳正中,男,工程師,從事能源方面研究。HSOCNMHG料生產(chǎn)生物柴油通訊聯(lián)系人得到的最優(yōu)永仵是:漢厘溫度為95℃、反應時間9小時、甲醇與油的摩爾比為40:1、HSO4為5%(質化工中間體2Chemical intermediate200年第01期量比),在此條件下的轉化率為卯7%。 Stavarache可直接把淀粉發(fā)酵成乙醇。公司用此法獲得約等人用超聲波法,油醇比6:1,堿作催化劑,用92%的理論乙醇產(chǎn)率,由此大大降低了生產(chǎn)成本40kHz的超聲波反應10-20分鐘,不需攪拌,所得,而纖維素原料生產(chǎn)燃料乙醇的實用性關鍵在產(chǎn)率可達99%。 Abreu等以Sn(3-羥基-2-甲基-于木糖發(fā)酵,因此找出發(fā)酵的優(yōu)良菌種成了必須4-吡喃酮)2(HO2)2為催化劑,植物油為原料,在首先解決的問題。中國科學院化工冶金研究所生60℃下反應3小時,產(chǎn)率可達93%,且催化劑經(jīng)回化工程國家重點實驗室的劉健、陳洪章、李佐虎等收后性能沒有減弱。 Shieh以固定化脂肪酶為催篩選出樹干畢赤酵母菌7124木糖發(fā)酵乙醇的優(yōu)化劑,用大豆油進行生物柴油的研制,通過五因素良菌種,并優(yōu)化了利用純木糖培養(yǎng)條件。崔凌飛(反應溫度、反應時間酶用量、甲醇和大豆油的摩等選用青霉菌研究纖維素酶二級和三級液體深層爾比、水用量)的正交試驗確定了最佳反應條件。發(fā)酵條件,確定了種子液和發(fā)酵液的配方。通過海saka發(fā)現(xiàn)用超臨界甲醇的方法可以使菜籽油在藻酸鈉固定化樹干畢赤酵母菌增殖細胞,使乙醇4min內(nèi)轉化成生物柴油,轉化率大于95%。其反發(fā)酵濃度提高到20%,但該技術尚未進人生產(chǎn)階應的最佳條件為:反應溫度350℃、壓力30MPa、醇段叫。 DuPont公司一直在研究開發(fā)一種由谷物秸油比為421、反應時間為4min。稈與葉制成的復合糖基質進行分解的新技術,有以上各種制備方法都有優(yōu)缺點。直接混合法較高的生產(chǎn)率,該公司準備采取行動將纖維素乙設備簡單,但植物油黏度高;微乳法雖然解決上述醇推向市場。缺點,但在耐久性試驗中,注射器積炭嚴重,燃燒不完全;高溫熱裂解法雖然工藝簡單,但裂解設備3生物制氫昂貴,且程度難控制;酯交換法催化劑種類多,酸氫氣是一種清潔、高效的能源,有著廣泛的工堿催化劑使用過程中催化劑難處理,分離復雜,脂業(yè)用途,潛力巨大,制氫的研究逐漸成為人們關注肪酶可解決這些問題,但酶本身價格昂貴,且對短的熱點,但將其他物質轉化為氫并不容易。新興的鏈醇轉化率低;超臨界雖然可以解決由于催化劑生物制氫法是利用某些微生物以有機物為基質產(chǎn)給反應帶來的麻煩,但其反應設備條件要求高,醇生氫氣的一種制氫方法,由于該方法可以在降解耗量大,增加了生產(chǎn)成本。有機物的同時產(chǎn)生氫氣,來源豐富,價格低廉,將可再生資源利用、污染治理和制氫聯(lián)合進行,被認2生物乙醇為是最具潛力的氫能生產(chǎn)技術之一,因此,已成為1979年,美國開始制定酒精發(fā)展計劃,同年,目前的研究熱點。生物制氫過程可分為厭氧光合日本工業(yè)技術研究院開始對稻草、廢木材等進行制氫和厭氧發(fā)酵制氫兩大類。其中,前者所利用的能源化研究,至今酒精發(fā)酵技術已基本完善。目前微生物為厭氧光合細菌(及某些藻類),后者利用的各國的乙醇主要以玉米、小麥、薯干等糧食為原料則為厭氧化能異養(yǎng)菌。與光合制氫相比,發(fā)酵制氫經(jīng)過發(fā)酵生產(chǎn)而成,但糧食作為原料生產(chǎn)乙醇決過程具有微生物比產(chǎn)氫速率高、不受光照時間限非長遠之計,必將引發(fā)糧食安全、爭用農(nóng)地等問制、可利用的有機物范圍廣、工藝簡單等優(yōu)點。因題。因此,各國開始研究利用纖維質原料(如玉米此,在生物制氫方法中,厭氧發(fā)酵制氫法更具有發(fā)稈、稻草、麥秸等)生產(chǎn)乙醇叫展?jié)摿?。目前生物乙醇的制備?種,一種是直接由通常采用電解水法制氫,但是成本很高,不能淀粉、蜜糖等物質通過各種轉化,最后分離出乙進行廣泛應用。任南琪叫等提出以采用厭氧活性醇;另一種是由木質纖維通過發(fā)酵作用生產(chǎn)乙醇污泥對糖蜜、淀粉和白脫糖發(fā)酵制取氫氣,該技術突破了生物制氫技術必須采用純菌種和固定技術通常,由淀粉制備生物乙醇需把液態(tài)淀粉先的局轉化成葡萄糖,再采用酵母發(fā)酵法,把葡萄糖轉化途徑中國煤化工菌種生產(chǎn)氫氣的新續(xù)流長期生產(chǎn)持成乙醇。日本生物能公司在日本神戶和京都等大續(xù)產(chǎn)CNMH處理后的厭氧消化學研究人員的幫助下,使用生物工程設計的酵母,污泥,進行淀粉連續(xù)發(fā)酵產(chǎn)氫的最佳條件實驗,在第01期生物質能的研究進展溫度37℃、pH為52、有機負荷6kg淀粉/m3·d為了實施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略,開發(fā)可再生的清HRT=l7h、磁力攪拌轉速70r/min下,獲得最大產(chǎn)潔能源已成為人類迫切需要解決的難題。在我國,氫速率1600L/m3·d、淀粉COD轉化率129LH2/g生物能源的研究起步較晚,但經(jīng)過近年來的發(fā)展,(COD)。樊耀亭等以牛糞堆肥作為天然混合產(chǎn)氫生物能源如生物乙醇、生物柴油和生物質顆粒燃菌來源,以蔗糖和淀粉為底物,通過厭氧發(fā)酵制備料等已經(jīng)得到長足發(fā)展。隨著科研的深化,政府配了生物氫氣。日本東京理工大學的研究人員發(fā)明套政策的不斷完善以及宣傳力度的不斷增加,相了一種由纖維素生產(chǎn)純凈氫氣的新工藝,該新工信未來生物質能源產(chǎn)業(yè)在我國將得到蓬勃發(fā)展。藝不僅收率接近100%,且不產(chǎn)生CO或CO2,除纖維素外,該工藝可應用于其他類型的生物質包括參考文獻:淀粉、葡萄糖及木屑)ym。[1] Anon. Filtered usedAmerican Oil Chemistry Society, 1982, 59: 780-781沼氣[2] Goering. A. Engine durability screening test of a diesel oil/沼氣是一種可再生能源,它可以作為農(nóng)村炊soy oil/alcohol microemulsion fuel. Journal of American Oi事、照明等生活用能,是農(nóng)村實現(xiàn)燃氣化的一條有Society,1984,61:1627-1632效途徑。沼氣與養(yǎng)殖、種植相結合進行綜合利用,(3om catalytic cracking of tropical vegetabl具有明顯的經(jīng)濟效益。沼氣發(fā)酵是由多種產(chǎn)甲烷oils[J]Biochemistry, 1993, 48: 289-291細菌和非產(chǎn)甲烷細菌混合共同發(fā)酵完成的。沼氣【4] Award Caribe. Biodiesel production from crude palm oil發(fā)酵的第一階段由厭氧和兼性厭氧的水解性細菌d evalution of butanol extraction and fuel properties. Pro-或發(fā)酵性細菌將纖維素、淀粉等水解成單糖,并進cess Biochemistry, 2001, 37(1): 65-7步形成丙酮:將蛋白質水解成氨基酸,并進一步5] Carmen. Fatty acids methyl esters from vegetable oil by形成有機酸的氨;將脂類水解為甘油和脂肪酸,進means of ultrasonic energy. Ultrasonics Sonochemistry, 2005步形成丙酸、乙酸、丁酸、乙醇等。第二階段由產(chǎn)12:367-372.氫產(chǎn)乙酸細菌群利用第一階段產(chǎn)生的有機酸,氧6]Abru. New multi- -phase catalytic systems based on tin com化分解成乙酸和分子氫;第三階段由嚴格厭氧的pounds active for vegetable oil transesterification reation. Jour-產(chǎn)甲烷細菌群完成。nal of Molecular CatalA: Chemical,2005,227:263沼氣是伴隨著有機物在厭氧的條件下通過微267生物的代謝活動被穩(wěn)定化而產(chǎn)生的,有機物厭氧7] Shieh.Optof lipase-catalyzed biodiesel by respo發(fā)醉的每一個階段均有獨特的微生物類群在起作methodology. Bioresource technology, 2003, 88: 103用。可以通過添加某種菌群或混合菌,不斷的對發(fā)酵過程中的大量細菌、原生動物及真菌進行調(diào)控,(8]s.saka,D. Kuediana, Biodiesel fuel from rapeseed oil as改善和促進各個階段的獨特微生物類群的活性repared in supercritical methanol. Fuel, 2001, 80: 225-231使其在較短時間內(nèi)大量繁殖,加快有機物穩(wěn)定化(9]林向陽阮格生李資玲等。利用纖維素制備燃料沿精的研的進度,最終以達到縮短發(fā)酵時間,增加厭氧發(fā)酵究[刀]可再生能源,2005(6:51-53產(chǎn)氣率的目的。收稿日期200810155生物質能源的發(fā)展展望Research the progress c中國煤化工CNMHGhanghai Develop Materials Engineering Co, Ltd. Shanghai, 200335, China)化工中間體Chemical Intermediate2009年第01期hydrogen and bio-gas, are discussed. The problems in the current study are proposed and the trendof bio-energy development is prospectedKeywords: bio-diesel; bio-ethanol; bio-hydrogen; bio-gas金融危機難阻歐生物塑料科技和市場發(fā)展中國石油天然氣股份有限公司的母公司中國石油天然氣集團公司(CNPC)在一份刊登在該公美國咨詢公司弗若斯特沙利文( Frost& Sullivan)司官方網(wǎng)站上的聲明中說,總部設在北京的中國日前發(fā)布了《歐洲生物塑料市場》研究報告,報告石油天然氣股份有限公司計劃在2015年前建造認為歐洲的生物塑料市場正處于新興發(fā)展期。雖橫貫全國的總長度達到2.1萬公里的天然氣管然在全球金融危機暴發(fā)之際油價大跌,但利用可道,該公司迄今已建成22萬公里的天然氣管道。再生的生物塑料代替石油生產(chǎn)塑料仍是政府和企中國石油天然氣股份有限公司自2000年以來已業(yè)關注的焦點。終端滲透力度正在增強,按照產(chǎn)品把其擁有的天然氣管道的長度增加了一倍。據(jù)聲生命周期來分析,生物塑料產(chǎn)品尚處于萌芽期和明所說,中國石油天然氣股份有限公司目前擁有發(fā)展期,市場存在巨大增長潛力,目前正在向一些的天然氣管道長度已占到全國天然氣管道總長度終端應用領域增強滲透力度。聚乳酸(PLA)、淀粉的大約80%。中國石油天然氣股份公司在2008年基聚合物和聚羥基脂肪酸酯(PHAs)是三類主要生產(chǎn)了617億立方米的天然氣,比2003年時的的生物塑料產(chǎn)品,2006年歐洲市場的PLA、淀粉基248億立方米天然氣產(chǎn)量增加了一倍多。聚合物和PHAs的總產(chǎn)量為6.5萬噸,總銷售額約134億歐元。自2003年以后,生物塑料的產(chǎn)量有農(nóng)藥國家工程中心(沈陽)創(chuàng)新項目獲批所增加,但PLA和淀粉基聚合物的價格下降導致市場銷售額并沒有很大的變化。弗若斯特沙利文1月4日從沈陽化工研究院獲悉,國家發(fā)改預計歐洲生物塑料市場2013年的產(chǎn)量為301萬委已正式下發(fā)文件通知,批準新建農(nóng)藥國家工程噸,銷售額為7.03億歐元。在2006年到2013年之中心(沈陽)創(chuàng)新能力建設項目。該項目的建設將間銷售額的復合增長率為267%,產(chǎn)量的增長率對提高我國農(nóng)藥成果轉化能力和農(nóng)藥行業(yè)的工約為246%。歐洲生物塑料在終端的應用將越來化研究水平具有重要意義。據(jù)了解,該項目將建成越廣泛。目前,生物塑料主要應用在塑料袋、新鮮三個平臺,即新農(nóng)藥創(chuàng)制及工藝研發(fā)與檢測平臺、產(chǎn)品包裝和農(nóng)膜。生物塑料正在逐步替代低密度農(nóng)藥合成模擬工程化驗證平臺和甲氧基丙烯酸酯聚乙烯(LDPE)和高密度聚乙烯(HDPE),應用在殺菌劑中間體轉化平臺。建設開展新化合物合成塑料袋中。相比其他傳統(tǒng)的塑料如聚乙烯(PE)、研究的新藥研究室、組合化學室、工藝研究室,并聚苯乙烯(PS)的終端市場滲透度,隨著環(huán)保意識將現(xiàn)有設備按照甲氧丙烯酸酯殺菌劑工藝流程要的提高,生物塑料的需求正在增加,潛在市場巨求進行改造,開發(fā)共性中間體的關鍵技術,形成大10噸/年烯肟菌脂和10噸/年烯肟菌胺生產(chǎn)能力的甲氧丙烯酸酯農(nóng)藥多功能生產(chǎn)線。此外,現(xiàn)設置中石油計劃把天然氣管道長度延長一倍在沈陽化工研究院的新農(nóng)藥創(chuàng)制與開發(fā)國家重點實驗室、GIP體系建設部分項目和沈陽化工研究為了滿足國內(nèi)對這種燃燒更清潔燃料的不斷院試驗廠二分廠北廠區(qū)的建設工程部分項目還將增加的需求,中國最大的石油公司中國石油天然與該中國煤化工亥項目由沈陽化工氣股份有限公司(中國石油 PetroChina)計劃在研究NMHG元,2010年全部建2015年前把該公司擁有的天然氣管道的長度延長成,連成國y里安的農(nóng)藥工程化生產(chǎn)基倍地