上游充通大 SHANGHAI JIAO TONG UNIVERSITY 生物技术与人类 BIOTECHNOLOGY AND HUMAN BEING 课程论文 THESIS OF CURRICULUM A JIAO TONG 论文题目：化解能源危机的微生物 学生姓名： 乔越 学生学号： 5120829004 专 业： 生物医学工程 指导教师： 周选围 学院（系）： 生物医学工程学院
SHANGHAI JIAO TONG UNIVERSITY 生物技术与人类 BIOTECHNOLOGY AND HUMAN BEING 课程论文 THESIS OF CURRICULUM 论文题目：化解能源危机的微生物 学生姓名: 乔越 学生学号: 5120829004 专 业: 生物医学工程 指导教师: 周选围 学院(系) : 生物医学工程学院
目录 摘要 …1 1 全球能源现状 1 1.1常用能源 1.3新能源 4 2产油微生物 …3 2.1微藻 错误！未定义书签。 2.2产油酵母 .3 2.3霉菌产油 .4 2.4产油细菌 …4 3微生物制备乙醇 .4 4沼气发酵 5 5微生物燃料电池 5 5.1微生物燃料电池原理 5 5.2优点 6 5.1应用 .6 6总结……… 6 参考文献. 6
目录 摘要................................................................................................................................1 1 全球能源现状............................................................................................................1 1.1 常用能源...........................................................................................................1 1.3 新能源..............................................................................................................4 2 产油微生物................................................................................................................3 2.1 微藻..................................................................................... 错误！未定义书签。 2.2 产油酵母...........................................................................................................3 2.3 霉菌产油...........................................................................................................4 2.4 产油细菌...........................................................................................................4 3 微生物制备乙醇........................................................................................................4 4 沼气发酵....................................................................................................................5 5 微生物燃料电池........................................................................................................5 5.1 微生物燃料电池原理.......................................................................................5 5.2 优点...................................................................................................................6 5.1 应用...................................................................................................................6 6 总结............................................................................................................................6 参考文献........................................................................................................................6
生物技术与人类课程论文 乔越5120829004 摘要 近年来能源危机问题愈发受到人们的关注和担忧。可以预见，化石燃料的储 量终将会枯竭，无法满足人类发展的需求。本文就能源现状提出最具潜力的微生 物产能方法，并介绍了微生物产油，乙醇发酵，沼气发酵，微生物燃料电池的原 理和优势，展现出了能源领域的新未来。 关键词：生物技术能源危机微生物 1全球能源现状 1.1常用能源 自工业革命以来，煤炭，石油，天然气，水电，核能相继大规模地进入人类 活动领域，其中中国等少数国家以煤炭为主，其他大部分国家则是以石油和天然 气为主。据BP2011世界能源统计报告显示，俄罗斯2010年的石油产量为5.051亿 吨占世界总产量12.9%排名世界第一；其次是沙特阿拉伯，2010年石油产量 为4.678亿吨：排名第三的是美国，石油产量为3.391亿吨。而伊朗和中国分别排 第四、五名：2010年石油产量分别为2.032亿吨和2.030亿吨。此外，印度2010 年石油产量为0.389亿吨，排名世界第24。可见每年有超过17亿吨的石油被消耗。 煤炭产量亦是大的令人惊叹。大量的能源消耗在带给工业生产方便的同时也带了 许多环境问题和能源危机。 Oil:what's left? Proven reserves in billions of barrels WORLD OIL To020 60 788 1224.5 azakhstan 681 12.9 115 79.7 132.5 59 1.2 101.5 Saudi Arabia 264.3 图1石油探明储量 1.2能源危机 随着化石能源消耗增加，其储量急剧减少，有专家称按目前的消耗量，石油 天然气最多只能维持不到半个世纪，煤炭也只能维持一二百年，不管哪一种常规 1
生物技术与人类课程论文 乔越 5120829004 1 摘要 近年来能源危机问题愈发受到人们的关注和担忧。可以预见，化石燃料的储 量终将会枯竭，无法满足人类发展的需求。本文就能源现状提出最具潜力的微生 物产能方法，并介绍了微生物产油，乙醇发酵，沼气发酵，微生物燃料电池的原 理和优势，展现出了能源领域的新未来。 关键词：生物技术 能源危机 微生物 1 全球能源现状 1.1常用能源 自工业革命以来，煤炭，石油，天然气，水电，核能相继大规模地进入人类 活动领域，其中中国等少数国家以煤炭为主，其他大部分国家则是以石油和天然 气为主。据 BP2011世界能源统计报告显示，俄罗斯2010年的石油产量为5.051亿 吨 占世界总产量12.9% 排名世界第一；其次是沙特阿拉伯，2010年石油产量 为4.678亿吨；排名第三的是美国，石油产量为3.391亿吨。而伊朗和中国分别排 第四、五名；2010年石油产量分别为2.032亿吨和2.030亿吨。此外，印度2010 年石油产量为0.389亿吨，排名世界第24。可见每年有超过17亿吨的石油被消耗。 煤炭产量亦是大的令人惊叹。大量的能源消耗在带给工业生产方便的同时也带了 许多环境问题和能源危机。 图1 石油探明储量 1.2 能源危机 随着化石能源消耗增加，其储量急剧减少，有专家称按目前的消耗量，石油 天然气最多只能维持不到半个世纪，煤炭也只能维持一二百年，不管哪一种常规
生物技术与人类课程论文 乔越5120829004 能源结构，人类面临的能源危机都日趋严重。同时，能源消耗也极大地影响了全 球二氧化碳排放和全球气候。据气象学家估算，陆地植物每年经光合作用固定的 二氧化碳为200亿一300亿吨。上述仅化石能源人为燃烧就产生二氧化碳370亿吨， 加上生命呼吸、生物体腐败及火灾等产生的二氧化碳，就严重地超过了绿色植物 光合作用吸收转化二氧化碳的量，破坏了自然界的二氧化碳循环平衡，已经开始 造成保护地球的臭氧层破坏和其它一些反常现象。 2010年世界各国石油天然气探明储量(17强) 探明储量 产量 可持续时间 国家 10亿桶10亿立方米 百万桶/天 千立方米/天 年 沙特阿拉伯 267 42.4 9.7 1.540 127.5 伊拉克 180 29 3.5 560 142 加拿大 179 28.5 2.1 330 188 伊朗 138 21.9 4.0 640 95 科威特 104 16.5 2.6 410 110 委内瑞拉 99 15.7 2.7 430 100 阿拉伯联合合酋长国 98 15.6 2.9 460 93 俄罗斯 60 9.5 9.9 1,570 17 哈萨克斯坦 47 7.5 1.4 220 93 利比亚 41 6.5 1.7 270 66 尼日利亚 36 5.7 2.4 380 41 美国 21 3.3 7.5 1,190 8 中国 16 2.5 3.9 620 11 卡塔尔 15 2.4 0.9 140 46 阿尔及利哑 12 1.9 2.2 350 15 巴西 12 1.9 2.3 370 14 墨西哥 12 1.9 3.5 560 9 17强总量 1.243 197.6 63.5 10,100 54 1.3新能源 为了缓解能源危机，人类必须要从有限的非生物资源时代过渡到无限的生 物资源时代，其中，微生物是一群形态结构多样的生物体，包括病毒和单细胞类 群和一小部分多细胞结构的生物体。微生物体积小，表面积大，有着巨大的比表 面积，使其吸收营养和排泄代谢废物的速度大增，有新陈代谢旺盛和生长繁殖速 度快的特点，正是由于此特点，微生物在能源开发方面受到了大量的关注和重视。 2
生物技术与人类课程论文 乔越 5120829004 2 能源结构，人类面临的能源危机都日趋严重。同时，能源消耗也极大地影响了全 球二氧化碳排放和全球气候。据气象学家估算，陆地植物每年经光合作用固定的 二氧化碳为200亿—300亿吨。上述仅化石能源人为燃烧就产生二氧化碳370亿吨， 加上生命呼吸、生物体腐败及火灾等产生的二氧化碳，就严重地超过了绿色植物 光合作用吸收转化二氧化碳的量，破坏了自然界的二氧化碳循环平衡，已经开始 造成保护地球的臭氧层破坏和其它一些反常现象。 1.3 新能源 为了缓解能源危机，人类必须要从有限的非生物资源时代过渡到无限的生 物资源时代，其中，微生物是一群形态结构多样的生物体，包括病毒和单细胞类 群和一小部分多细胞结构的生物体。微生物体积小，表面积大，有着巨大的比表 面积，使其吸收营养和排泄代谢废物的速度大增，有新陈代谢旺盛和生长繁殖速 度快的特点，正是由于此特点，微生物在能源开发方面受到了大量的关注和重视
生物技术与人类课程论文 乔越5120829004 2产油微生物 油脂微生物可以利用能够再生的原材料，通过一系列代谢调控，最终产生功 能性油脂。微生物油脂，又称单细胞油脂。是由酵母、霉菌、细菌和藻类等微 生物在一定的条件下利用碳水化合物、碳氢化合物和普通油脂作为碳源，在菌 体内产生的大量油脂。微生物产生的油脂一般和植物油比较接近。目前可以用 来生产油脂的微生物有微澡、细菌、酵母、霉菌等，它们产生的油脂种类有所不 同，而且所需条件各有不同。 微生物生产油脂具有：原材料来源广泛，产生周期短，成本低：微生物代谢 快，生长周期短：所需劳动力少，可自动化生产。不受土地、季节、气候、温度 等环境条件限制：提取方便，使用安全；可以利用代谢、基因工程等调控，利用 分子、生化等方法找到产油率高的菌种等优点。 2.1微藻 微澡能够利用二氧化碳作为碳源，以光能为能源，在一定的条件下生产微生 物油脂。现已发现小球藻、三角褐指澡，扁澡等都能产生油脂。影响微澡产油率 的因素，除了与微澡的种类有关，还与温度、光照、pH、盐度、氮源等条件相关。 据Solovchenko A.E.报道，光照强度和氮源是影响产油率的关键因素。Fe3的 浓度和添加时间同样能够影响藻类的产油率。目前大规模培养微澡主要用池状和 罐状反应器。池状反应器通常被做成开放性系统，这样便于操作。封闭式反应系 统也可以用于大规模培养微澡，相较于开放式反应系统，封闭式的反应系统更节 约水、能源和化学药品。 表1产油微藻的种类 种类 油脂占干重比例(%) C.vulgaris 40 C.emersonii 63 C.protothecoides 23 C.sorokiniana 22 C.minutissima 57 C.vulgaris 56.6 N.oleaabundans 54 P.incisa 62 M.subterraneus 39.3 N.laevis 69.1 2.2产油酵母 异养微生物产油，它不能利用光能合成所需的有机碳源，所以培养时必须添 加额外的有机碳源作为营养。许多种类的酵母，如黏红酵母、斯达氏油脂酵母、 红冬孢酵母菌都能在一定的培养条件下积累油脂。不同种类的酵母所产油脂的种 类也有所不同。从表3我们可以看到，酵母所产的油脂主要是软脂酸、硬脂酸、 油酸、亚油酸、亚麻酸。这些脂肪酸在催化剂（脂肪酶或者化学催化剂）的作用 下可以作为生产生物柴油的原料
生物技术与人类课程论文 乔越 5120829004 3 2 产油微生物 油脂微生物可以利用能够再生的原材料，通过一系列代谢调控，最终产生功 能性油脂。微生物油脂，又称单细胞油脂。是由酵母 、霉菌、细菌和藻类等微 生物在一定的条件下利用碳水化合物 、碳氢化合物和普通油脂作为碳源 ,在菌 体内产生的大量油脂 。微生物产生的油脂一般和植物油比较接近。目前可以用 来生产油脂的微生物有微澡、细菌、酵母、霉菌等，它们产生的油脂种类有所不 同，而且所需条件各有不同。 微生物生产油脂具有：原材料来源广泛，产生周期短，成本低；微生物代谢 快，生长周期短；所需劳动力少，可自动化生产。不受土地、季节、气候、温度 等环境条件限制；提取方便，使用安全；可以利用代谢、基因工程等调控，利用 分子、生化等方法找到产油率高的菌种等优点。 2.1 微藻 微澡能够利用二氧化碳作为碳源，以光能为能源，在一定的条件下生产微生 物油脂。现已发现小球藻、三角褐指澡，扁澡等都能产生油脂。影响微澡产油率 的因素，除了与微澡的种类有关，还与温度、光照、pH、盐度、氮源等条件相关。 据Solovchenko A. E.报道，光照强度和氮源是影响产油率的关键因素。Fe3 +的 浓度和添加时间同样能够影响藻类的产油率。目前大规模培养微澡主要用池状和 罐状反应器。池状反应器通常被做成开放性系统，这样便于操作。封闭式反应系 统也可以用于大规模培养微澡，相较于开放式反应系统，封闭式的反应系统更节 约水、能源和化学药品。 2.2 产油酵母 异养微生物产油，它不能利用光能合成所需的有机碳源，所以培养时必须添 加额外的有机碳源作为营养。许多种类的酵母，如黏红酵母、斯达氏油脂酵母、 红冬孢酵母菌都能在一定的培养条件下积累油脂。不同种类的酵母所产油脂的种 类也有所不同。从表3我们可以看到，酵母所产的油脂主要是软脂酸、硬脂酸、 油酸、亚油酸、亚麻酸。这些脂肪酸在催化剂（脂肪酶或者化学催化剂）的作用 下可以作为生产生物柴油的原料
生物技术与人类课程论文 乔越5120829004 表2产油酵母的种类及产业率 种类 产油率 R.toruloides 22.7 L.starkeyi 20.4 L.starkeyi 14 L.starkevi 11 R.glutinis 13 T.fermentans 8.42 2.3霉菌产油 除了微澡和酵母能够产油，部分霉菌也能够在合理的培养条件下积累油脂。 但大部分霉菌所产生的油脂是属于某些特殊脂肪酸，像DHA,GLA,EPA等等，它们 较少被用来生产生物柴油。 表5产油霉菌的种类及其能力 种类 油脂产量g1 油脂含量(%) GLA含量(6) M.rouxii 1.0 7 32.4 C.ehinulata 8.0 27 12.1 M.mucedo 12.0 62 3.4 C.ehinulata 10.6 58 3.8 C.ehinlata 11.5 30 11.7 M.ranmanianna 31.3 50 17.6 C.ehimlata 4.4 0 16.4 M.isabellina 18.1 50 4.4 2.4产油细菌 在某些特殊培养条件下，部分细菌也能够产生油脂。但细菌产生的油脂种类 异于其他的微生物油脂。大部分产油细菌产生的是复杂的类脂，只有少部分可以 产生生产生物柴油的油脂。因此，细菌经常用来生产特殊种类的油脂，比如不饱 和脂肪酸和某些支链脂肪酸。最近，Mona K.etal.发现Gordonia sp.和R.opacus 产油率最高可达80%。 微生物油脂提供了一种有效的解决当前能源危机的方法，利用可再生的原料 生产出的能源能缓解当前的能源消费紧张。目前，微生物生产出来的油脂主要有 油酸、亚油酸、GLA、花生四烯酸、EPA、DHA等。其中海藻生产的DHA,高山被孢 霉菌生产的花生四烯酸，还有一些亚麻酸，油酸，微澡粉等已经实现工业化生产， 它们在医疗、保健、化妆品，营养等方面发挥着重要作用。 3微生物制备乙醇 能够发酵得到乙醇微生物的种类很多，大体上可分为酒化菌（酵母菌），糖 化菌（丝状菌）和细菌三大类。酒化菌多在食品生产中使用，酿造酒类。糖化菌 是可将淀粉质原料转化成葡萄糖的菌类，糖化力强，繁殖速度快，热稳定性良好
生物技术与人类课程论文 乔越 5120829004 4 2.3 霉菌产油 除了微澡和酵母能够产油，部分霉菌也能够在合理的培养条件下积累油脂。 但大部分霉菌所产生的油脂是属于某些特殊脂肪酸，像DHA,GLA,EPA等等，它们 较少被用来生产生物柴油。 2.4 产油细菌 在某些特殊培养条件下，部分细菌也能够产生油脂。但细菌产生的油脂种类 异于其他的微生物油脂。大部分产油细菌产生的是复杂的类脂，只有少部分可以 产生生产生物柴油的油脂。因此，细菌经常用来生产特殊种类的油脂，比如不饱 和脂肪酸和某些支链脂肪酸。最近，Mona K. et al.发现Gordonia sp.和R. opacus 产油率最高可达80%。 微生物油脂提供了一种有效的解决当前能源危机的方法，利用可再生的原料 生产出的能源能缓解当前的能源消费紧张。目前，微生物生产出来的油脂主要有 油酸、亚油酸、GLA、花生四烯酸、EPA、DHA等。其中海藻生产的DHA，高山被孢 霉菌生产的花生四烯酸，还有一些亚麻酸，油酸，微澡粉等已经实现工业化生产， 它们在医疗、保健、化妆品，营养等方面发挥着重要作用。 3 微生物制备乙醇 能够发酵得到乙醇微生物的种类很多，大体上可分为酒化菌（酵母菌），糖 化菌（丝状菌）和细菌三大类。酒化菌多在食品生产中使用，酿造酒类。糖化菌 是可将淀粉质原料转化成葡萄糖的菌类，糖化力强，繁殖速度快，热稳定性良好
生物技术与人类课程论文 乔越5120829004 耐酸，耐酒精，不产或少产可降低甲醇生成量的果胶酶。常用的有曲霉，根霉， 拟内孢霉，红曲霉和毛霉等。细菌可发挥作用的有乳酸杆菌，醋酸菌，丁酸菌等。 巴西盛产甘蔗，乙醇发酵原料充足，到1988年时，己有88%的汽车发动机用 乙醇作燃料，其余的用含23%的乙醇的燃料。 4沼气发酵 沼气是作物秸秆，青杂草，人畜粪便等有机物在适当的温度，湿度，酸碱度 和密闭条件下，经过沼气池微生物发酵分解作用产生的可燃混合气体。其主要是 甲烷，占30%一40%，还有少量氢气，一氧化碳，硫化氢和氧气。可以作为燃 料，成为化石能源的替代能源缓解能源危机。 沼气微生物在厌氧条件下，以发酵的方式分解有机物。首先，不产生甲烷的 微生物将原料中的脂肪，蛋白质，糖类等有机物通过水解和发酵作用，大部分会 转化为不同的脂肪酸等物质，然后由甲烷杆菌将其转化为甲烷和二氧化碳。 发酵过程需要四大菌类群联合作用。第一类是水解性或发酵型细菌群，分泌 孢外酶，形成少量氢气和二氧化碳。第二类能将第一类菌群的产物分解成乙酸， 氢气，二氧化碳。第三类菌群为同型产乙酸菌群，能够将糖类发酵成乙酸或将二 氧化碳和氢气合成乙酸，主要有醋酸杆菌属和醋酸梭菌属。第四类是甲烷产生杆 菌，包括十七个属，七个主要类群，如甲烷杆菌属等。 5微生物燃料电池 微生物燃料电池(MFC)是一种以微生物为阳极催化剂，将化学能直接转化 成电能的装置。利用MFC不仅可以直接将水中或者污泥中的有机物降解，而且 同时可以将有机物在微生物代谢过程中产生的电子转化成电流，从而获得电能。 5.1微生物燃料电池原理。 微生物燃料电池的基本结构为阴极池加阳极池。根据阴极池结构的不同，MF℃ 可分为单池型和双池型2类：根据电池中是否使用质子交换膜又可分为有膜型和 无膜型2类。其中单池型MF℃由于其阴极氧化剂直接为空气，因而无需盛装溶液 的容器，而无膜型燃料电池则是利用阴极材料具有部分防空气渗透的作用而省略 了质子交换膜。 MF℃的阳极材料通常选用导电性能较好的石墨、碳布和碳纸等材料，其中为 提高电极与微生物之间的传递效率，有些材料经过了改性。阴极材料大多使用载 铂碳材料，也有使用掺F3+的石墨和沉积了氧化锰的多孔石墨作为阴极材料的 报道。 MF℃基本工作原理为：①在阳极池，水溶液中或污泥中的营养物在微生物作 用下直接生成质子、电子和代谢产物，电子通过载体传送到电极表面。随着微生 物性质的不同，电子载体可能是外源的染料分子、与呼吸链有关的NADH和色素
生物技术与人类课程论文 乔越 5120829004 5 耐酸，耐酒精，不产或少产可降低甲醇生成量的果胶酶。常用的有曲霉，根霉， 拟内孢霉，红曲霉和毛霉等。细菌可发挥作用的有乳酸杆菌，醋酸菌，丁酸菌等。 巴西盛产甘蔗，乙醇发酵原料充足，到1988年时，已有88%的汽车发动机用 乙醇作燃料，其余的用含23%的乙醇的燃料。 4 沼气发酵 沼气是作物秸秆，青杂草，人畜粪便等有机物在适当的温度，湿度，酸碱度 和密闭条件下，经过沼气池微生物发酵分解作用产生的可燃混合气体。其主要是 甲烷，占 30%—40%，还有少量氢气，一氧化碳，硫化氢和氧气。可以作为燃 料，成为化石能源的替代能源缓解能源危机。 沼气微生物在厌氧条件下，以发酵的方式分解有机物。首先，不产生甲烷的 微生物将原料中的脂肪，蛋白质，糖类等有机物通过水解和发酵作用，大部分会 转化为不同的脂肪酸等物质，然后由甲烷杆菌将其转化为甲烷和二氧化碳。 发酵过程需要四大菌类群联合作用。第一类是水解性或发酵型细菌群，分泌 孢外酶，形成少量氢气和二氧化碳。第二类能将第一类菌群的产物分解成乙酸， 氢气，二氧化碳。第三类菌群为同型产乙酸菌群，能够将糖类发酵成乙酸或将二 氧化碳和氢气合成乙酸，主要有醋酸杆菌属和醋酸梭菌属。第四类是甲烷产生杆 菌，包括十七个属，七个主要类群，如甲烷杆菌属等。 5 微生物燃料电池 微生物燃料电池(MFC) 是一种以微生物为阳极催化剂,将化学能直接转化 成电能的装置。利用 MFC 不仅可以直接将水中或者污泥中的有机物降解,而且 同时可以将有机物在微生物代谢过程中产生的电子转化成电流,从而获得电能。 5.1 微生物燃料电池原理。 微生物燃料电池的基本结构为阴极池加阳极池。根据阴极池结构的不同,MFC 可分为单池型和双池型2 类；根据电池中是否使用质子交换膜又可分为有膜型和 无膜型2 类。其中单池型 MFC 由于其阴极氧化剂直接为空气,因而无需盛装溶液 的容器,而无膜型燃料电池则是利用阴极材料具有部分防空气渗透的作用而省略 了质子交换膜。 MFC 的阳极材料通常选用导电性能较好的石墨、碳布和碳纸等材料,其中为 提高电极与微生物之间的传递效率,有些材料经过了改性。阴极材料大多使用载 铂碳材料,也有使用掺 Fe3 + 的石墨和沉积了氧化锰的多孔石墨作为阴极材料的 报道。 MFC 基本工作原理为: ①在阳极池,水溶液中或污泥中的营养物在微生物作 用下直接生成质子、电子和代谢产物,电子通过载体传送到电极表面。随着微生 物性质的不同,电子载体可能是外源的染料分子、与呼吸链有关的 NADH 和色素
生物技术与人类课程论文 乔越5120829004 分子，也可能是微生物代谢产生的还原性物质，如S2-和H2等。②电子通过外电 路到达阴极，质子通过溶液迁移到阴极。③在阴极表面，处于氧化态的物质（如氧 气等)与阳极传递过来的质子和电子结合发生还原反应。 5.2优点 与传统的发电方式相比，微生物燃料电池的能量转换是直接的，不需要经 过热能转换这一环节，因此发电效率比较高。再者由于燃料电池的燃料和氧化剂 不是贮存在电池内，而是贮存在电池外部的储罐中，因此只要保证燃料供应，就 能够持续不断的产生电能。 5.3应用 许多研究表明，MF℃技术具有处理工业污水、生活污水、动物养殖场污水 和人工合成污水的潜力。MFC在一些高端技术领域也有着十分广阔的应用前景。 将阳极插入海底沉积物，阴极置于临近海水中可收集到天然的、由微生物代谢产 生的海底电流，可为海底无光照条件下监测来往船舰的仪器提供电源，这一设想 得到美国海军多个项目的支持。MF℃在偏远地区进行无线数据传输和太空站进行 废物循环利用等方面也具有应用前景。MF℃领域内一个很活跃的方面是开发为人 体植入装置如心脏起博器等解决能源供应的技术。MF℃可利用体液或血液中的代 谢物如葡萄糖和乳酸等作为燃料，产生电力。 6总结 本文介绍了多种利用微生物产能的方法，虽然这些技术还不够成熟，仍有待 发展，但不可否认，这是解决能源危机最有效的途径，也是能源发展的必然结果。 在生物资源领域，我们看到了能源利用，环境保护，社会发展相和谐的光明前景。 相信，随着现代科学技术的发展，以及人类对于微生物越来越深刻的了解，以及 不断的探索，终有一天，会使生物产能得到大规模的应用。 参考文献 [1]Chisti Y(2007)Biodiesel from microalgae.Biotechnol Adv 25:294-306 [2]Illman AM,Scragg AH,Shales SW(2000)Increase in Chlorella strains calorific values whengrown in low nitrogen medium.Enzyme Microb Technol 27:631-635 【3】彭培培.化解能源危机的微生物.1：4 【4】李强曹毅.产油微生物资源及其应用.51：57 【5】赵峰.微生物燃料电池的电子传递及电极反应研究。“微生物燃料电池技术” 青年科学家论坛1：12 【6】纪占武，郑文范。关于发展生物能源化解能源危机的思考东北大学学报 490:4962009.11 6
生物技术与人类课程论文 乔越 5120829004 6 分子,也可能是微生物代谢产生的还原性物质,如 S2 - 和 H2等。②电子通过外电 路到达阴极,质子通过溶液迁移到阴极。③在阴极表面,处于氧化态的物质(如氧 气等) 与阳极传递过来的质子和电子结合发生还原反应。 5.2 优点 与传统的发电方式相比, 微生物燃料电池的能量转换是直接的, 不需要经 过热能转换这一环节, 因此发电效率比较高。再者由于燃料电池的燃料和氧化剂 不是贮存在电池内,而是贮存在电池外部的储罐中，因此只要保证燃料供应, 就 能够持续不断的产生电能。 5.3 应用 许多研究表明, MFC 技术具有处理工业污水、生活污水、动物养殖场污水 和人工合成污水的潜力。MFC 在一些高端技术领域也有着十分广阔的应用前景。 将阳极插入海底沉积物, 阴极置于临近海水中可收集到天然的、由微生物代谢产 生的海底电流, 可为海底无光照条件下监测来往船舰的仪器提供电源,这一设想 得到美国海军多个项目的支持。MFC 在偏远地区进行无线数据传输和太空站进行 废物循环利用等方面也具有应用前景。MFC 领域内一个很活跃的方面是开发为人 体植入装置如心脏起博器等解决能源供应的技术。MFC 可利用体液或血液中的代 谢物如葡萄糖和乳酸等作为燃料, 产生电力。 6 总结 本文介绍了多种利用微生物产能的方法，虽然这些技术还不够成熟，仍有待 发展，但不可否认，这是解决能源危机最有效的途径，也是能源发展的必然结果。 在生物资源领域，我们看到了能源利用，环境保护，社会发展相和谐的光明前景。 相信，随着现代科学技术的发展，以及人类对于微生物越来越深刻的了解，以及 不断的探索，终有一天，会使生物产能得到大规模的应用。 参考文献 【1】Chisti Y (2007) Biodiesel from microalgae. Biotechnol Adv 25:294–306 【2】 Illman AM, Scragg AH, Shales SW (2000) Increase in Chlorella strains calorific values whengrown in low nitrogen medium.Enzyme Microb Technol 27:631–635 【3】彭培培.化解能源危机的微生物.1:4. 【4】李强 曹毅.产油微生物资源及其应用.51:57 【5】赵峰.微生物燃料电池的电子传递及电极反应研究。“微生物燃料电池技术” 青年科学家论坛 1:12 【6】纪占武，郑文范。关于发展生物能源化解能源危机的思考 东北大学学报 490:496 2009.11