关于燃料乙醇的论文

未来能源十步走 人类将摆脱对石油的依赖据7月号《大众科学》(注：中文版《科技新时代》)报道，石油价格一路上扬，“石油危机”成为目前最流行的词汇，很多人甚至产生了石油还够用多久的疑问？石油总有一天会耗尽，这毫无争议，但这并不意味着世界末日来临。以石油消耗大户美国为例，美国科学界从石油危机中看到的不是绝望，而是能源的复兴，他们认为，美国到了严肃地考虑从石油转换到清洁、可再生的能源的时候了，而美国已经具备了相关的技术，只要再进一步开发，美国将彻底摆脱对进口石油的依赖。一 利用风能地球上的化石能源(石油)终究是有限的，为了人类的持续性发展，必须找到其他可替代能源，而风能就是一个很好的选择。在美国科罗拉多州的博尔德南部的高原上的平旷地带，矗立着四排实验性涡轮机，这些机器在冰雪覆盖的洛矶山脉的映衬下更显得巍为壮观，150英尺的叶片在微风的吹拂下缓慢地旋转着。美国能源部可再生能源实验室的主工程师萨迪·布特菲尔德说：“如果你要选择一个商业涡轮机发电农场，你决不会看中这个地方。但这里却是一个完美的风能实验场地。因为在这里我们可以获得风速为每小时100英里的风能条件。我们通过在这种条件下的实验能很快地知道哪种设计应该淘汰。”1991年，一份政府有关风能的概论作出了如下结论：堪萨斯州、北达科他州和德克萨斯三州有着丰富的风力能源，仅这三个州的风能就可足够满足整个美国的能源需求。今天看来，这项报告不免有些估计过低了。在过去的20年中，风能的价格已经下降了85%，这在很大程度上归功于不断提升的涡轮机效率。政府还制定很多条令来鼓励民众购买利用风力所产生的电能，可以想见在不久的未来使用风力电能必成大势所趋。二 取消电网现有的输电系统是从能源中心通过电线向用户送电。这样做有很大一个缺点，那就是输电过程中会损失很多电能。所以更好的供电系统是“分布式发电”。可以在住处和工作地点附近利用风能和太阳能发电，做到自给自足。例如，可以利用地热系统给建筑物供暖和降温，利用屋顶上的太阳能电池提供电力，多余的电能还可以输送到当地的供电系统中，以零售价卖掉，这样还能获取一部分收益。这些措施简便易行，远好于建设发电厂和进口国外的能源。有人估计，一个这样的小型发电厂所需要的太阳能发电设备的造价可在四年内回收回来。既然有这么多的优点，何乐而不为呢？三 混合燃料汽车美国陆军宣布将开发一种使用新型混合燃料的“悍马”(Humvee)战车，它预示着混合燃料汽车的时代已经来临。混合燃料汽车通过内燃和电驱动，提高能源利用效率。今天混合型汽车已不再仅仅是陈列室中供人参观的样品，它已完全步入了实用阶段。这将大大削减汽油的使用量，汽车排放的尾气也将随之大幅减少。被称为插入式混合型电动车可以夜间在自家的车库中充电，夜间电费低廉，这样就节省了一项不小的开支。加州大学伯克利可再生能源实验室主任丹尼尔·卡门说：“如果在一夜间，美国的汽车全部被这种混合型汽车所取代，石油的消耗量将会下降70-90%，美国进口石油的时代将彻底结束，在未来多年中，美国的石油将完全可以自给自足。”四 制造质量更好的乙醇今年，美国汽车制造商将生产100万辆灵活燃料车，乙醇加油站的数量将增加三分之一，达到大约1000家。现在美国所生产的绝大多数乙醇是由玉米粒发酵而来，这个过程要消耗相当数量的化石燃料。丹尼尔·卡门将这种由基于玉米的乙醇看做是一种过渡型燃料，他说：“要想使用乙醇替代石油，防止全球进一步变暖，我们需要进行一次从玉米乙醇到纤维乙醇的大规模革新运动，纤维乙醇的原料可以有多种选择，柳枝稷、木片以及像玉米芯和玉米杆这样的农业废料都可以用做生产纤维乙醇的原料。现在用于制造乙醇的酶的造价很高，不过这个问题并不难解决。”白蚁后肠中的微生物可以将植物纤维素转化成碳水化合物，美国能源部联合基因组研究所主任艾迪·卢宾说：“我们正在测定那些微生物DNA序列，将来可以通过生物工程制造出新的机体来分泌这些酶。”这样我们就可以利用虫子的体液来驱动我们的汽车前进，摆脱了对化石能源的过度依赖。五 利用太阳能明年初，在洛杉矶东北部的一个沙漠农场中将会出现数十个巨大的凹镜。每个凹镜的直径为37英尺，这些凹镜通过电子控制可以自动跟踪太阳，将阳光反射到一个热量收集器上，热量收集器利用这些浓缩的阳光将氢加热到1，300华氏度，通过斯特林发动机驱动发电机发电。当世界上最大的太阳能农场完工后，在摩加伏沙漠4，500英亩的范围内将会布满大约2万个这样的凹镜收集太阳能，利用这些能量产生的电能将可以向287，000个家庭供电。每小时到达地球上的这些太阳能可以满足全世界一整年的电力需求。我们很久以来就已经知道如何利用太阳能来为加热空间和水，但将阳光转化为电能却存在很大困难。斯特林太阳能凹镜可以将30%的太阳能转化为电能，这是世界上将太阳能转化为电能效率最高的一种技术。科学家希望通过技术改进可以使这个转化率提高至50%。其他的能量企业家还有更为远大的设想。美国航空航天局的科学家一直以来梦想有一天能在太空中利用太阳能发电，然后通过微波将能量将能量输送到各个家庭。随着科学的不断进步，终有一天这个设想一定可以变为现实。六 制造氢能源氢能源的潜力巨大，但将其他物质转化为氢并不件容易的事。自然界中不存在纯氢燃料，今天最制造氢最便宜的方式是通过石油或天然气获得，但这并不能避免产生二氧化碳。氢燃料电池的效率是内燃机的二倍多。在冰岛，丰富的可再生能源使氢经济的产生成为可能。在美国，未来的某天可以利用多余的风能来生产氢燃料。研究人员还可以利用基因工程来制造出有生物来直接将太阳转化为氢。七 利用海浪能发电美国的海岸线的海洋蕴含着巨大的能量，其中大约有八分之一可以开发利用，同时还不会污染环境。这些可利用能源总量相当于我们现在所有的水力发电厂发电的能量总和。在可利用能源这个竞技场中，欧洲一直走在世界的前列。今年夏天，在葡萄牙，工作人员正在安装一种海岸波浪能转化器。这种蛇状的钢管一半浸于水中，一般露出水面，一直向远海方向延伸了3英里。至2008年这种装置将可以为大约15，000个家庭供电。波浪能的优点是它的能量密度是风能的10至40倍。目前潮汐涡轮机技术发展迅猛，这无疑为波浪能的利用铺平了道路。今年夏天，在纽约东河的水下的六个涡轮机在河流潮汐流的驱动下将开始投入发电。缓慢旋转的推进器第一年将会产生525，000千瓦时的能量。为期18个月的试验表明，布设足够多的涡轮机将可以为8，000户家庭供电。虽然它现在的发电能力有限，但它毕竟代表着未来的能源的一种发展方向，这是件激动人心的事情。这将是世界首个产能潮汐涡轮机农场，这种样机将可以为我们提供稳定的无污染能源。维吉尼亚的海洋学家乔治·哈格曼说：“我们可以称它为月亮能，风时有时无，但从现在开始至未来的1000年，月亮和潮汐会始终存在。”八 向地下要能源美国地热能协会执行理事卡尔·格威尔说：“在德克萨斯州西部废弃的油井中冒上来的热水中含有5，000兆瓦的地热能。现在因为没有加以利用，这些能量正在被白白浪费掉，现在我们对这种能量使用的能力远超过了我们对这种技术的实际使用。”地热能可以被用来发电或给建筑物供热。夏威夷、阿拉斯加以及西部各州都分布有丰富的地热能。可以利用温度为160华氏度水温的地热水库发电。一些公司正在开发德克萨斯州、阿肯色州、佐治亚州和西维吉尼亚州的低温热泉，一旦开发成功，将可以使美国地热发电能力在未来4至5年的时间翻一番。九 开发垃圾燃气自旧石器时代，我们就一直在燃烧生物物质，当时人们利用燃烧木头来给山洞供暖，烧烤大型动物的肉。今天绝大多数的生物质能量仍来源于木材，但现在我们要做的是怎样利用这些农业废料和草本植物来发电。这些物质与化石燃料一样，燃烧时会产生二氧化碳。但生物质燃烧时释放的二氧化碳何以通过其生长时吸收二氧化碳获得平衡。在所有的新技术中，气化或许是最具潜力的一种。气化系统在低氧环境中通过极度高热将农业废料或任何一种生物质转化为氢和二氧化碳的混合气体，这种气体可以在锅炉中燃烧，或可以替代涡轮机中的天然气，这些气体可以被用来驱动蒸汽涡轮机进行二次性发电，整个过程中产生的多余热量还可以用来给建筑物和整个城镇供热。十 节能从我做起回想上世纪70年代，所谓的节能就是关灯。《家庭能源饮食》一书的作者保罗·舒基尔表示，今天，随着科技的发展，我们节约能源可以充分利用技术优势。现在，美国平均每1美元的经济产出所消耗的能源比30年前减少了47%。令人遗憾的是，由于输送电力的效率有待提高，所以，大量能源在抵达每一个家庭和办公室之前就被浪费了。对此，消费者无能为力，但他们可以从我做起，在自己的家中或办公室里有意识地节约能源。最清洁最廉价的能源就是不用能源。

太大了 给你复制点吧水稻秸秆纤维素发酵转化燃料乙醇的研究摘要我国水稻秸秆资源丰富，年产量达3亿多吨。利用水稻秸秆生产燃料乙醇，对来我国能源问题、实现节粮代粮和环保有着巨大的潜力和广阔的应用前景。水稻秸要成分是纤维素，对纤维素的利用最主要的限制性因素是将纤维素转化为可发酵还解决的办法主要有两类途径:(l)提高纤维素酶生产的经济性，主要涉及纤维素酶高获得及纤维素酶的生产技术，提高其合成效率以降低单位纤维素酶生产成本;(2)提素酶利用效率，主要涉及纤维素酶解催化过程，以降低单位可发酵还原糖生产成本本研究从菌种的选育着手，研究了菌株的产酶特性，用响应面策略优化发酵培养基，了SL发酵罐分批发酵生产高活力纤维素酶技术;分离纯化了纤维素酶;构建了代二糖的酿酒酵母工程菌;对酿酒酵母工程菌细胞固定化发酵进行了研究，利用二级生物反应器祸合系统生物协同酶解水稻秸秆发酵生产燃料乙醇等。主要研究结果如筛选到一株纤维素酶高产菌株(PenicilliumYT01)，原生质体紫外诱变后变株YT02，YT02以水稻秸秆为碳源，豆饼粉和硫酸钱为氮源，在29”c，初始p酵12Oh，纤维素酶活力达到最高，摇瓶发酵滤纸酶活(FPA)、CMC酶活(CMcas葡萄糖昔酶活(CB)分别达86IU/mL、41IU/mL和4oIU/mL。用响应面方法(RSM)优化的发酵培养基组成为:水稻秸秆为95留L，为83g/L，数皮为16叭，困H4)2504、KHZpO4为4g/L，MgSO;为sg/L;起始以优化的培养基发酵120h，滤纸酶活、cMc酶活和p一葡萄糖普酶活分别达到IU/mL、41IU/mL704IU/mL。远高于优化前的纤维素酶活水平。在SL发酵罐中研究了温度、pH值和溶氧对菌体生长和产酶的影响，确定发酵的工艺条件为:0一32h时发酵温度犯”C，溶氧70%;犯h至1加h发酵结果发29oc，溶氧50%，发酵液初始pH值0，发酵%h滤纸酶活、CMC酶活和p一葡酶活分别达到13IU/mL、24IU/mL08IU/mL，均高于摇瓶发酵水平，酵动力学过程显示，突变菌YT02菌体生长和纤维素酶各组分均为部分祸联。利用DEAEsephadexA一25和sephadexG一75分离纯化了二个内切葡(CMCase)和一个p一葡萄糖营酶，CMCase纯化倍数为48，回收率为54%，糖昔酶纯化倍数为62，回收率为62%，经SDS一PAGE得到单蛋白分子条带，I、沪’_心钳3卜“’门尸，量测定分别为73kDa、43kDa和8kDa，并对其进行了N端测序和质谱分析。以生产乙醇性能优良的酿酒酵母菌株NAN一27作为工程菌株的受体菌。利用能良好的多拷贝整合型载体pYMIKP，使纤维二糖代谢基因BGLI整合到酿酒酵母体上。从而在酿酒酵母工业菌株中建立了稳定的纤维二糖代谢途径，拓展了酒精生物利用范围，降低了纤维二糖对纤维素酶解的抑制作用。采用海藻酸钙凝胶包埋固纤维二糖酿酒酵母工程菌，固定化细胞与游离细胞相比，发酵时间缩短，乙醇产率提以上，并能有效地利用水稻秸秆水解液进行酒精发酵。对水稻秸秆酶解过程中底物性质、酶解温度、酶解pH、底物浓度及纤维素等关键因子进行了研究。由于YT02纤维素酶系中纤维二搪酶活力较低(CB/F队为经稀酸稀碱预处理后的水稻秸秆纤维素对乙醇转化率仅为18%。采用代谢纤维二糖母工程菌游离细胞发酵，可部分去除纤维二糖对酶解的抑制，水稻秸秆纤维素对乙率可提高至20%。进一步利用采用海藻酸钙凝胶包埋固定代谢纤维二糖酿酒酵母工酵，水稻秸秆纤维素对乙醇转化率可达26%。这方面的研究结果有助于深入了解纤的协同降解机制。将纤维原料的酶解、固定化代谢纤维二搪酿酒酵母工程菌的作用有机祸联，新型的二级串联式生物反应器，在该反应器体系的协同作用下，可有效解除纤维二萄糖对纤维素酶的反馈抑制作用，促进纤维原料水稻秸秆的酶水解，发酵40h，乙达5留L，纤维素对乙醇的转化率达0%(纤维素对乙醇的理论转化率为61是游离细胞同时糖化发酵(SSF)的65倍，生产效率达64留(Lh)。采用分批添料酶解发酵工艺，可提高纤维底物的终浓度达250岁L，产物乙醇的终浓度51留L，高了纤维素酶的利用率和乙醇生产效率，降低乙醇的生产成本。该反应器性能稳定效率高，固定化细胞可以重复使用，便于自动化控制。关键词:纤维素酶，水稻秸秆，酿酒酵母，燃料乙醇，串联式生物反应器目录摘要……ABSTRACT……IH第一章文献综述l水稻秸秆资源及其降解方式……1水稻秸秆的组成与结构…，……，……2水稻秸秆的预处理……1物理方法预处理水稻秸秆……2化学方法预处理水稻秸秆……3生物方法预处理水稻秸秆……3水稻秸秆纤维素的降解方式……1水稻秸秆的酸水解……2水稻秸秆的酶水解……52纤维素酶的性质与用途……1纤维素酶的多酶体系……2纤维素酶的分子结构……3纤维素酶的作用机理……4纤维素酶的分子量大小……5纤维素酶的最适反应条件与稳定性……6纤维素酶的应用……H3纤维素酶的生产……1纤维素酶的生产菌种选育……2纤维素酶的生产……144水稻秸秆原料生物转化燃料乙醇……1燃料乙醇的优越性和使用现状……2水稻秸秆纤维素生物转化燃料乙醇的方法……1分步水解发酵法生产燃料乙醇……2同步糖化发酵法生产燃料乙醇……3固定化细胞发酵生产燃料乙醇……3酉良酒酵母途径工程应用于燃料乙醇的生产……175本研究的目的、意义和主要内容……1本研究的目的和意义……2本研究的思路和技术路线……3本研究的主要内容……21第二章纤维素酶高产菌株的选育及产酶条件研究……231材料与方法……1材料……1试剂与溶液配制……器2菌种与菌种分离源……3培养基……4主要仪器与设备……2方法……1水稻秸秆的预处理……，，……2纤维素酶高产菌的分离与纯化……3纤维素酶高产菌的初步鉴定……4纤维素酶高产菌的原生质体紫外诱变……5YTOZ产纤维素酶的液体发酵培养方法……6不同预处理水稻秸秆的酶水解……7分析方法……272结果与分析……1不同预处理水稻秸秆的各组分含量……2纤维素酶高产菌的分离与筛选……3纤维素高产菌YT01的菌种鉴定……4纤维素酶高产菌YT01的原生质体紫外诱变……5液体发酵培养基成分与发酵条件对YT02产纤维素酶的影响……1不同碳源对YT02产酶的影响……2不同预处理水稻秸秆对YT02产酶的影响……3不同氮源对YT02产纤维素酶的影响……4微晶纤维素添加量对YT02产纤维素酶的影响……5不同无机盐对YT01产纤维素酶的影响……6起始pH对YT01产纤维素酶的影响……7装液量对YT02产纤维素酶的影响……8转速对YT02产纤维素酶的影响……9培养温度对YT02产纤维素酶的影响……10接种量对YT02产纤维素酶的影响……培养时间对YT02产酶的影响……6纤维素酶的酶学性质研究……1温度对纤维素酶各组分酶活的影响……ZPH对纤维素酶各组分酶活的影响……7纤维素酶对不同预处理水稻秸秆的酶解试验……423结论与讨论··········……4:1关于筛选出的纤维素酶高产菌株……4:2纤维素酶生产菌的改造……招3青霉YT02产酶条件与酶学特性……44第三章YT02产纤维素酶发酵培养基的优化研究……451材料与方法····················……1材料……1试剂·········……2供试菌种················……3培养基·········……4主要仪器与设备……2方法……4尽1实验设计··········……2培养方法··········……3分析方法……462结果与分析···········……1部分因子实验筛选发酵培养基的主要影响因子……2最陡爬坡实验逼近发酵培养基最优点……3中心组合设计优化YT02发酵培养基组成……4发酵过程中PH、残余还原糖与纤维素酶变化的测定结果……593结论与讨论……，……61第四章YT02分批发酵产纤维素酶的研究……63材料与方法……1材料……1试剂……2菌株……3培养基……娜4主要仪器……64方法·······……1用于分批发酵的种子培养…………2恒温分批发酵对YT02产纤维素酶的影响……3变温分批发酵对YT02产纤维素酶的影响……4溶氧量对YT02分批发酵产纤维素酶的影响……5分段溶氧对YT02分批发酵产纤维素酶的影响……6分析方法……652结果与分析……1发酵温度对YT02产纤维素酶的影响结果……2变温发酵对YT02产纤维素酶的影响结果……3溶氧对YT02产纤维素酶的影响结果……4分段溶氧分批发酵对YT02产纤维素酶的影响结果……723结论与讨论……73第五章YT02产纤维素酶的分离纯化及酶学性质研究……以U（b叮‘叮‘（bt了叮‘叮‘材料与方法…1材料……1试验材料2主要试剂…………3常用储备液及缓冲液……4主要仪器……2方法……1蛋白质浓度的测定方法……2纤维素酶的分离纯化……3纤维素酶SDS一PAGE凝胶电泳纯化及酶相对分子量的测定……4酶蛋白的N端测序……5酶蛋白的质谱分析……862结果与分析……1DEAE一SephadexA一25阴离子交换层析结果……1层析收集管酶蛋白同洗脱缓冲液NaCI浓度的关系……2层析收集管酶蛋白活性检测……25即hadexG一75分子筛凝胶过滤层析结果……1SephadexG一75分子筛凝胶过滤层析分离酶蛋白……2分子筛凝胶过滤层析纤维素酶活测定结果……3纤维素酶各纯化步骤纯化情况……4SDS一PAGE聚丙烯酸胺凝胶电泳……1SDS一PAGE聚丙烯酸胺凝胶电泳银染结果……2纤维素酶分子量SDS一PAGE凝胶电泳测定结果……5酶蛋白的N端测序结果……6酶蛋白的质谱分析结果……933结论与讨论……94第六章酿酒酵母纤维二糖代谢途径的构建及其细胞固定化研究……96材料和方法·········……%1材料……1菌株和质粒……2分子克隆用酶和试剂……3水稻秸秆水解液的制备……972方法……1含纤维二糖酶基因(及咒1)的重组质粒pYMIKP一那艺了的构建方法……2酿酒酵母纤维二糖代谢途径的搭建方法……3酿酒酵母工程菌细胞的固定化方法……4固定化酵母细胞发酵方法……5分析方法……1022结果与分析……1表达及范了基因的重组菌株的构建结果……1目的基因及法了的获得……2含目的基因那Z了重组质粒的构建……3酿酒酵母工业菌株NAN一27转化子的获得二，……4转化子NAN一28细胞纤维二糖酶活性测定结果……1()2不同固定化条件对NAN一28细胞固定化的影响结果……1不同溶剂对固定化细胞转化纤维二搪的测定结果……，……2不同海藻酸钠浓度对固定化细胞凝胶特性的影响……l()3酵母包埋量对固定化细胞转化纤维二糖的影响结果……!3固定化细胞与游离细胞分批发酵实验结果……l()4固定化细胞重复分批发酵试验结果……1073结论与讨论……1酉良酒酵母纤维二糖代谢途径的构建……2酿酒酵母工程菌细胞固定化……110第七章串联式生物反应器转化水稻秸秆生产燃料乙醇的研究……112材料与方法……112l材料……，……1试剂……2菌种……3主要仪器与设备……1122方法……1稻草粉的预处理……2纤维素酶的制备……3稻草粉的酶解糖化……4水稻秸秆生物转化燃料乙醇……5测定方法……115vi2结果与分析……1不同预处理方法对水稻秸秆糖化效果的影响结果……2不同温度对水稻秸秆糖化效果的影响结果……3不同pH对稻草粉糖化效果的影响结果……4不同加酶量对稻草粉糖化效果的影响结果……5不同底物浓度对稻草粉糖化效果的影响结果……6水稻秸秆同步糖化发酵(SSF)结果……7串联式反应器转化水稻秸秆生产乙醇……1固定化NAN一28细胞发酵生产燃料乙醇结果……2串联式生物反应器的稳定性结果……3分批添料式协同酶解发酵生产燃料乙醇结果……1223结论与讨论··……1二级串联式生物反应器生产乙醇……2分批添料式协同酶解发酵工艺……3水稻秸秆资源的全利用……123第八章结论……124主要参考文献……126英文缩写与主要符号表……146本研究的特色与创新……147发表与待发表的学术论文及成果……148致谢……149作者简介……150你要看哪部分？