生物乙醇技术 谢晓旭18307130160 随着技术的发展,人们的出行越来越便利,汽车、火车、轮 船、飞机等不同的交通方式,可以把人们迅速的带到世界的每一个 角落。但维持机器的运转需要消耗大量的燃料,同时由于石油燃料 的大量使用,排放的温室气体对环境造成了极大的影响。乙醇作为 燃料,不仅热值高而且清洁,正在逐渐替换石油。生物技术在乙醇 的生产过程中起到了极大的作用,本文介绍的是利用微藻生产乙醇 的技术。 1技术原理 1.1微藻 微藻通常是指含有叶绿素a并能进行光合作用的微生物的总 称,属于原生生物的一种。与陆生植物较低的光和效率(普遍低 于0.5%)相比,微藻具有高的光和作用效率,有些微藻的光合作 用效率高达10%。微藻的生物周期很短,生物质倍增时间平均为 3~5d1,在人工培养条件下收获更快。 微藻(显微镜下) 工业化培养微藻 1.2生产乙醇 1.2.1糖化
生物乙醇技术 谢晓旭 18307130160 随着技术的发展，人们的出行越来越便利，汽车、火车、轮 船、飞机等不同的交通方式，可以把人们迅速的带到世界的每一个 角落。但维持机器的运转需要消耗大量的燃料，同时由于石油燃料 的大量使用，排放的温室气体对环境造成了极大的影响。乙醇作为 燃料，不仅热值高而且清洁，正在逐渐替换石油。生物技术在乙醇 的生产过程中起到了极大的作用，本文介绍的是利用微藻生产乙醇 的技术。 1 技术原理 1.1 微藻 微藻通常是指含有叶绿素 a 并能进行光合作用的微生物的总 称，属于原生生物的一种[1]。与陆生植物较低的光和效率（普遍低 于 0.5％）相比，微藻具有高的光和作用效率，有些微藻的光合作 用效率高达 10％[2]。微藻的生物周期很短，生物质倍增时间平均为 3～5d [3]，在人工培养条件下收获更快。 微藻（显微镜下） 工业化培养微藻 1.2 生产乙醇 1.2.1 糖化
微藻通过光合作用产生淀粉、纤维素,首先利用机械或酶解方法破 碎细胞壁,得到所需要的碳水化合物,然后对其进行水解。一种方 法是酸解,一种方法是酶解,控制适当的温度、浓度、时间都可以 得到水解糖 1.2.2生物质发酵 上述生物质处理好后,通过酵母等微生物的作用发酵获得乙醇 第一段阶:葡萄糖的磷酸化过程。二磷酸腺苷(ADP转化成三磷酸腺 苷(ATP)、2分子的NAD与NDH产生变换。 C6H12O6+ 2ADP 2H3P0+ 2NAD-2CH3COCOoH+ 2ATP 2NADH+ 2H20+2H 第二阶段:丙酮酸分解为乙醛和二氧化碳。 CH3COCO0H-CH3CH0+ cO 2 第三阶段:还原(还原剂NADH) CH3CHO+ NADH+H-C2Hsoh Nad 此过程与酿酒类似,最终得到乙醇 Qtyeolyshs 2 NAD
微藻通过光合作用产生淀粉、纤维素，首先利用机械或酶解方法破 碎细胞壁，得到所需要的碳水化合物，然后对其进行水解。一种方 法是酸解，一种方法是酶解，控制适当的温度、浓度、时间都可以 得到水解糖。 1.2.2 生物质发酵 上述生物质处理好后，通过酵母等微生物的作用发酵获得乙醇。 第一段阶：葡萄糖的磷酸化过程。二磷酸腺苷(ADP)转化成三磷酸腺 苷(ATP)、2 分子的 NAD 与 NADH 产生变换。 C6H12O6+ 2ADP + 2H3PO4+ 2NAD → 2CH3COCOOH + 2ATP + 2NADH + 2H2O + 2H 第二阶段：丙酮酸分解为乙醛和二氧化碳。 CH3COCOOH → CH3CHO + CO2 第三阶段：还原（还原剂 NADH）。 CH3CHO + NADH + H→ C2H5OH + NAD 此过程与酿酒类似，最终得到乙醇。 乙醇产生原理图
13新的技术 1.3.1微藻黑暗厌氧条件下生产乙醇 经研究发现,当部分微藻处于黑暗及厌氧条件下时,会产生乙醇等 代谢产物。影响其产量的因素同样也是温度、pH、光、氧等条 件,已经有研究人员对此进行细致研究,但其理论上效率并不高, 目前还处于试验阶段。 1.3.2工程微藻 现代基因工程技术已比较成熟,通过基因改造获得具有“超能 力”的微藻已成为可能。可以通过基因改造,使得微藻大量表达光 合产物,甚至让其直接产生乙醇。已经有人提出完整的生产技术 2优缺点及发展前景 当前生产乙醇多用玉米、小麦等粮食作为原料,对耕地的 占用量非常大。原料由粮食向非粮食转化是必须要前进的 步。微藻的利用很好的解决了这一问题,生长周期短、光和效 率高的特性可以为乙醇的生产提供充足的原料。逐渐用乙醇代 替汽油,可以有效缓解温室效应,有利于环境的保护 微藻的大规模培养时,任何杂菌污染都有可能造成严重的 后果,解决规模化量产的问题需要大量的成本投入;在技术的 发展阶段,对于菌种的选取、环境的控制都需要进行大量的试 验,还会有失败的风险,目前没有形成完整的工艺流程。 微藻生物质能源的发展,我们在技术层面仍然存在难题, 但转变需要过程,相信在人们的不懈努力下,这一技术会趋于
1.3 新的技术 1.3.1 微藻黑暗厌氧条件下生产乙醇 经研究发现，当部分微藻处于黑暗及厌氧条件下时，会产生乙醇等 代谢产物[4]。影响其产量的因素同样也是温度、pH、光、氧等条 件，已经有研究人员对此进行细致研究，但其理论上效率并不高， 目前还处于试验阶段。 1.3.2 工程微藻 现代基因工程技术已比较成熟，通过基因改造获得具有“超能 力”的微藻已成为可能。可以通过基因改造，使得微藻大量表达光 合产物，甚至让其直接产生乙醇。已经有人提出完整的生产技术[5] 2 优缺点及发展前景 当前生产乙醇多用玉米、小麦等粮食作为原料，对耕地的 占用量非常大。原料由粮食向非粮食转化是必须要前进的一 步。微藻的利用很好的解决了这一问题，生长周期短、光和效 率高的特性可以为乙醇的生产提供充足的原料。逐渐用乙醇代 替汽油，可以有效缓解温室效应，有利于环境的保护。 微藻的大规模培养时，任何杂菌污染都有可能造成严重的 后果，解决规模化量产的问题需要大量的成本投入；在技术的 发展阶段，对于菌种的选取、环境的控制都需要进行大量的试 验，还会有失败的风险，目前没有形成完整的工艺流程。 微藻生物质能源的发展，我们在技术层面仍然存在难题， 但转变需要过程，相信在人们的不懈努力下，这一技术会趋于
成熟并投入量产。 参考资料: [1]百度百科 [2] Smith V H, Sturm B S M, Denoyelles F J, et al. The ecology of algal biodiesel production [J]. Trends in ecology Evolution, 2010, 25(5): 301-309 [3] Costa J A, De Morais M G. The role of biochemical engineering in the production of biofuels from microalgae[J]. Bioresour Technol, 2011, 102(1): 2- R, HIRAYAMA S, SAGATA K, et al. Process for the production of ethanol from microalgae: US Patent, 5, 578, 472[P] [5] LEE J W Desi gnerorganisms for photosynthetic production of ethanol from carbon dioxide and water: US, US 2008/0176304 Al [P]
成熟并投入量产。 参考资料： [1] 百度百科 [2] Smith V H,Sturm B S M,Denoyelles F J,et al.The ecology of algal biodiesel production[J].Trends in ecology & Evolution, 2010,25(5):301-309. [3] Costa J A,De Morais M G.The role of biochemical engineering in the production of biofuels from microalgae[J]. Bioresour Technol,2011,102(1):2-9. [4] UEDA R,HIRAYAMA S,SAGATA K,et al.Process for the production of ethanol from microalgae:US Patent,5,578,472[P]. [5] LEE J W.Designerorganisms for photosynthetic production of ethanol from carbon dioxide and water:US,US 2008/0176304 A1[P]
