绿藻和餐厨垃圾的综合分析.ppt
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1、比较绿藻和餐厨垃圾做生物质能源的效益,它们开发利用的技术难点是什么?它们的应用前景怎样?王一鸣,绿藻,绿藻是一种微生物,可以在包括海水、淡水等所有的水中环境里被找到。 绿藻的细胞与高等植物相似,也有细胞核和叶绿体,色素中以叶绿素a和b最多,还有叶黄素和胡萝卜素,故呈绿色。贮藏的营养物质主要为淀粉和油类。绿藻的体型多种多样,有单细胞、群体、丝状体或叶状体。繁殖的方式也多样,无性生殖和有性生殖都很普遍。,绿藻的特点和应用方向,绿藻生长迅速、含油量高,可作为产油微藻。日益被各国视为潜在的可持续能源。以缓解日益严峻的能源危机。 绿藻光水解制氢是目前国际公认的最有潜力的利用太阳能制氢方法之一。 各国积极
2、研发绿藻的另一个因素是它能够大量吸收二氧化碳化石燃料燃烧的副产品。,1.绿藻产油,藻类作为最原始的生命形式,其细胞通过代谢可以产生蛋白质、多糖、色素及脂肪等,其富含的脂类和甘油是制备生物柴油的良好材料。,利用微藻生产生物柴油的优势,藻类与植物相比生长速度快 一些绿藻可以产生大量的生物柴油的主要原料三脂酰甘油(triacylglycer-ides,TAG) 可以在不占用高质量土地资源的情况下产生大量的生物量,微藻产油的技术难点,目前限制微藻生物柴油大规模应用的主要问题包括:能快速生长和高脂质含量的微藻品种的筛选、光生物反应器(即封闭的微藻培养设备)的效率提高、微藻的脱水和油脂提取技术提高、微藻生
3、物柴油的低温燃烧性能等。其中,能源微藻的大规模、低成本、高效率的培养系统及培养技术是微藻生物柴油产业化中亟待解决的瓶颈问题之一。,2.绿藻光水解制氢,绿藻光水解制氢是利用绿藻体内的可逆产氢酶系光解水制氢,以太阳能为能源、以水为原料,催化效率高,能量消耗小,生产过程清洁,可以实现光能收集系统的自组织、能量的自发积累及定向快速转化,是目前国际公认的最有潜力的利用太阳能制氢方法之一。,绿藻光解水制氢系统,生物光解制氢基于两个步骤:光合作用和利用氢化酶催化制氢。光合作用:2H2O4H+4e+O2产氢:4H+4e2H2,绿藻产氢时氢酶的相关电子传递路径,叶绿体光分解水产生氢气,为光合作用,目前,一升绿藻
4、培养液每小时可以生产出3毫升氢气。研究人员认为,绿藻生产氢气的效率至少可以提高100倍,而这一点有待于技术的进一步提高。 国际能源局( IEA)的评估报告认为可逆产氢酶间接光生物水解制氢路线为最有应用前景的方向,使该项技术受到世界各国生物制氢研究机构的特别关注。,叶绿体光分解水产生氢气,为光合作用,线粒体消耗氧气产生水,为呼吸作用,叶绿体光分解水产生氢气,为光合作用,绿藻制氢的意义,绿藻制氢具有重要的意义,因为它揭示了绿藻代谢途径、调控途径和电子转移途径的发生。而且绿藻是依赖可持续的光而生产和积累大量的氢气。绿藻制氢的长期优势是它无毒无污染,大量养殖绿藻还能得到具有附加价值的产品。 利用绿藻的
5、“光合呼吸作用两步法产氢”原理,通过“间接生物光解”法制备的氢气无毒且无污染,是非常环保的制备氢气方法。目前无论是利用基因工程对藻株的改造,外部因子对产氢过程的控制,还是反应器的优化多集中在这种方法上。,绿藻光水解制氢的技术难点,其最大的缺陷和技术难点在于产氢的同时也产生氧气,而氧气是氢化酶的强抑制剂,不仅抑制氢化酶本身,还能正向抑制氢化酶基因的表达。当环境中氧气浓度接近1.5%时,氢化酶迅速失活,立即停止放氢,因此观察到的产氢过程十分短暂,仅维持几秒到几分钟。 产氢速率不高,只有理论最大值的15% 还要不断提高产氢的连续性 光生物反应器的循环利用,减少藻类生长营养素方面技术还不够,因而绿藻制
6、氢价格昂贵,成本太高。,提高产氢速度还面临很多问题:如何提高藻类细胞内的氢化酶数量;如何提高该酶的耐氧性;如何使光合效应最大化,现在的“两步法”光利用效率太低,不到1%;绿藻循环利用会出现退化现象,不利于大规模露天培养;光合放氧,内源底物代谢以及氢化酶催化产氢之间的复杂关系没有深入研究等等。 绿藻制氢今后需要大规模发展具有优化生长环境的发酵系统,因此我们还要不断研究氢化酶的发酵原理。在绿藻制氢技术成熟可用之前,这些问题必须要去解决。,3.利用绿藻吸收工业废气,各国积极研发绿藻的另一个因素是它能够大量吸收二氧化碳化石燃料燃烧的副产品。可以让绿藻企业与排污企业直接联系,收集二氧化碳让绿藻吸收,这样
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