工业生物技术与生物炼制资料课件.ppt

1、工业生物技术与生物炼制工业生物技术与生物炼制姜姜 岷岷Email:南京工业大学制药与生物工程学院南京工业大学制药与生物工程学院History of biotech. 生物技术的发展史 经验生物技术时期：天然发酵阶段（混合发酵）经验生物技术时期：天然发酵阶段（混合发酵） 近代生物技术建立时期：纯种培养、通风搅拌发酵技术近代生物技术建立时期：纯种培养、通风搅拌发酵技术中国有着悠久的生物技术应用的历史中国有着悠久的生物技术应用的历史早期的作坊式生物技术代表：早期的作坊式生物技术代表： 夏朝夏朝 酿酒酿酒 商朝商朝 制酱制酱 周朝周朝 酿醋酿醋 现代生物技术进步的重要标志现代生物技术进步的重要标志青霉

2、素深层发酵青霉素深层发酵 1928年，弗莱明爵士发现青霉素年，弗莱明爵士发现青霉素 1944年，辉瑞公司开发了青霉素大规模液体深层发年，辉瑞公司开发了青霉素大规模液体深层发 酵标志工业化生物技术的诞生酵标志工业化生物技术的诞生医药生物技术医药生物技术人类基因组学人类基因组学及相关科学及相关科学农业生物技术农业生物技术动植物基因组学动植物基因组学及相关科学及相关科学 工业生物技术工业生物技术微生物基因组学微生物基因组学及相关科学及相关科学推动推动推动拉动人口健康食品资源能源环境拉动拉动科科学学技术技术社会需求社会需求Red BiotechnologyGreen BiotechnologyWhit

3、e Biotechnology现代生物技术的发展历程现代生物技术的发展历程医药生物技术医药生物技术 现代生物制药发展包括两个方向：现代生物制药发展包括两个方向：“采用采用基因工程基因工程的加的加工技术来生产工技术来生产蛋白质蛋白质”和和“将基因和分子生物学领域先将基因和分子生物学领域先进技术作为研究工具进技术作为研究工具”。前一类药品仍将是未来前一类药品仍将是未来5-10年生物技术药品市场的主流年生物技术药品市场的主流，后一类药品代表着生物技术行业的研发方向，主要指，后一类药品代表着生物技术行业的研发方向，主要指靶向性药物，包括治疗型靶向性药物，包括治疗型单抗单抗和治疗型和治疗型疫苗疫苗领域。

4、领域。抗生素：青霉素等生物法制备的药物及其衍生药物抗生素：青霉素等生物法制备的药物及其衍生药物农业生物技术农业生物技术农业生物技术是指运用基因工程、农业生物技术是指运用基因工程、发酵工程发酵工程、细胞工程、酶工程以及、细胞工程、酶工程以及分子育种分子育种等生物技等生物技术，改良动植物及微生物品种生产性状、培术，改良动植物及微生物品种生产性状、培育动植物及微生物新品种、生产生物农药、育动植物及微生物新品种、生产生物农药、兽药与疫苗的新技术。兽药与疫苗的新技术。Industrial biotechnology 以微生物或酶为催化剂进行物质转化，大以微生物或酶为催化剂进行物质转化，大规模生产人类所需

5、的化学品、医药、能源、规模生产人类所需的化学品、医药、能源、材料等，是解决人类目前面临的资源、能材料等，是解决人类目前面临的资源、能源及环境危机的有效手段。源及环境危机的有效手段。 依赖化石资源的工业文明利用不可再生的化依赖化石资源的工业文明利用不可再生的化石资源，集中的生产方式，高的生产效率，创石资源，集中的生产方式，高的生产效率，创造了大量的物质财富，丰富人类的物质社会，造了大量的物质财富，丰富人类的物质社会，创造了当今繁华盛世。创造了当今繁华盛世。 工业文明在科学技术上取得巨大的进步，工业文明在科学技术上取得巨大的进步，是未来人类物质文明的科技基础。是未来人类物质文明的科技基础。基于化石

6、资源的工业文明的巨大成就化石经济，付出了巨大的环境代价化石经济，付出了巨大的环境代价（白色污染、水污染、（白色污染、水污染、空气污染、臭氧层空洞、全球变暖等）空气污染、臭氧层空洞、全球变暖等）工业文明的恶果：环境污染文明的困惑：资源能源短缺化石化石资源的替代资源的替代资源资源危机危机能源危机能源危机环境危机环境危机发展发展工业生物技术工业生物技术，寻求化石资源的替代已经成为，寻求化石资源的替代已经成为社会经济可持续发展的重大战略方向。社会经济可持续发展的重大战略方向。远古生命体是今天化石能源的来源远古生命体是今天化石能源的来源煤炭煤炭石油石油天然气天然气植物植物藻类藻类动物动物 今天的煤、石油

7、、天然气是远古时动植物、藻今天的煤、石油、天然气是远古时动植物、藻类死后沉积后经过亿万年物理化学变化形成的。类死后沉积后经过亿万年物理化学变化形成的。远古生命体是生物固定远古生命体是生物固定CO2的产物的产物早期地球，早期地球，CO2占空气量的占空气量的80%，氧气不多，温度达，氧气不多，温度达460 C温室效应严重温室效应严重当今地球，蓝色星球当今地球，蓝色星球拥有防辐射的臭氧层拥有防辐射的臭氧层，CO2占空气量占空气量0.038%，氧气，氧气21%植物植物消除大量消除大量CO2海藻海藻今天的蓝色星球，源于生命的拓荒今天的蓝色星球，源于生命的拓荒混沌世界混沌世界生态乐园生态乐园温室气体排放导

8、致的地球温室效应带来温室气体排放导致的地球温室效应带来严重的灾害性气候严重的灾害性气候北极冰融化北极冰融化飓风肆虐飓风肆虐冰灾突袭冰灾突袭干旱频发干旱频发 当使用石油与煤炭时，就意味着将远古时当使用石油与煤炭时，就意味着将远古时期埋藏的期埋藏的CO2释放出来，由于人类超量使用化释放出来，由于人类超量使用化石资源排放大量温室气体，带来严重的温室效石资源排放大量温室气体，带来严重的温室效应，导致灾害性气候频发，已造成农业减产、应，导致灾害性气候频发，已造成农业减产、绝收，引发粮食危机和社会危机。绝收，引发粮食危机和社会危机。 洪水爆发洪水爆发荒漠推进荒漠推进大气中大气中CO2浓度导致气温上升浓度导

9、致气温上升CO2浓度浓度气温气温 目前，空气中目前，空气中CO2含量较含量较100年前年前已提升了已提升了35.7%，并导致了约，并导致了约1 C的温升。的温升。气温上升气温上升1.5 C，20%物种物种将面临灭绝。气温若升高将面临灭绝。气温若升高2 C，海平面则可能上升，海平面则可能上升0.4-1.4米米，我国东南沿海部分城市将不复存在，如上海，我国东南沿海部分城市将不复存在，如上海我国的我国的CO2排放问题已相当严峻排放问题已相当严峻 我国的发电、钢铁、水泥、汽车造成的工业排放总量已超我国的发电、钢铁、水泥、汽车造成的工业排放总量已超过美国，居过美国，居世界第世界第1位位，人均已超过，人均

10、已超过世界平均水平世界平均水平，实际，实际远不止这些远不止这些 我国的单位我国的单位GDP能耗是能耗是世界平均水平世界平均水平的的3.1倍倍。比。比美国高美国高5倍倍，比，比日本高日本高8.2倍倍，甚至比，甚至比菲律宾还高菲律宾还高3.52倍倍 中国单位中国单位GDP的二氧化碳排放量是的二氧化碳排放量是美国美国的的5.5倍倍，日本日本的的13.8倍倍，高收入国家平均水平高收入国家平均水平的的7.9倍倍，世界平均水平世界平均水平的的4.6倍倍CO2排放问题将可能引发政治危机排放问题将可能引发政治危机 面对国际金融危机的严峻形势，欧美国家已提面对国际金融危机的严峻形势，欧美国家已提出碳关税。面临这

11、一形势，我国将如何应对？出碳关税。面临这一形势，我国将如何应对？低碳经济：我们必须的选择与重大机遇低碳经济：我们必须的选择与重大机遇 现代人类活动与化石能源引起的温室效应、干现代人类活动与化石能源引起的温室效应、干 旱、洪灾、冰川融化旱、洪灾、冰川融化，我们已不能承受，我们已不能承受 21世纪末温升可能超过世纪末温升可能超过5 C西方经济与科技模式的问题西方经济与科技模式的问题低碳：未来经济的核心，未来科技的特征低碳：未来经济的核心，未来科技的特征 低碳经济模式低碳经济模式经济转型的若干问题：经济转型的若干问题：能源工业和材料工业是基础工业转型的核心能源工业和材料工业是基础工业转型的核心 工业

12、与经济核算的模式变更工业与经济核算的模式变更 全生命周期的质量、能量、成本、效益分析全生命周期的质量、能量、成本、效益分析 全生命周期的碳排放分析全生命周期的碳排放分析据估计，全球每年能产生相当于据估计，全球每年能产生相当于650650亿吨碳的生物质，仅需利用亿吨碳的生物质，仅需利用小于小于 10% 10% 生物质资源，即可替生物质资源，即可替代化石资源。代化石资源。生物质资源：永不枯竭的金矿生物质资源：永不枯竭的金矿产品产品化学品和能源化学品和能源植物生物量植物生物量阳光阳光过去过去化石资源化石资源石油路线石油路线现在和将来现在和将来生物可再生资源生物可再生资源生物路线生物路线原料和加工路线

13、的变更微生物代谢途径微生物代谢途径 A B C D E F G H I J K L 1 Biochem ical Pathways 2 3 4 5 6 7 8 9 10 石油路线石油路线生物路线生物路线粗原料粗原料终产品终产品原料原料中间体中间体平台平台化合物化合物衍生衍生化学品化学品合成合成中间体中间体生物能源生物能源精细化学品精细化学品生物基材料生物基材料微生物工业制剂微生物工业制剂大宗化学品大宗化学品超过超过GDP约约40%的工业是生物制造发展的空间的工业是生物制造发展的空间生物高分子材料生物高分子材料生物基单体聚合物生物基单体聚合物生物质加工材料生物质加工材料食品与配料食品与配料大宗发

14、酵产品大宗发酵产品化工醇、酸、溶剂、化工醇、酸、溶剂、涂料、表面活性剂涂料、表面活性剂抗生素、维生素、有机抗生素、维生素、有机酸、氨基酸、酶制剂酸、氨基酸、酶制剂 等等甾体激素、手性胺、甾体激素、手性胺、手性醇、医农化产品手性醇、医农化产品 发酵食品、功能食品、发酵食品、功能食品、添加剂、功能菌剂添加剂、功能菌剂 等等生物冶金、生物造纸、生生物冶金、生物造纸、生物制革、生物纺织等菌剂物制革、生物纺织等菌剂工业生物技术是生物质资源利用的关键OECD提出：“工业生工业生物技术是工业可持续发物技术是工业可持续发展最有希望的技术展最有希望的技术”。 OECD预测：至预测：至2030年，将有年，将有35

15、%的化学品和其它工业产品来的化学品和其它工业产品来自生物制造自生物制造工业工业39%农业农业36%医药医药25%2030年：生物技术的经济贡献与环境效益年：生物技术的经济贡献与环境效益世界各国在行动，美国世界各国在行动，美国20202020年制造业挑战的展望年制造业挑战的展望明确将工业生明确将工业生物制造技术作为战略技术领域，并列为物制造技术作为战略技术领域，并列为20202020年制造技术挑战的年制造技术挑战的1111个个主要方向之一。主要方向之一。 n 美国：美国：2005年，美国农业部以及能源部的报年，美国农业部以及能源部的报告均提出了告均提出了发展生物基能源和生物基发展生物基能源和生物

16、基产品，逐步实现产品，逐步实现有机化学品和石油燃有机化学品和石油燃料的生物基替代。料的生物基替代。n 欧盟：欧盟： “生物炼制细胞工厂生物炼制细胞工厂”关键行动关键行动n日本：日本： “阳光计划阳光计划”n印度：印度： “绿色能源工程计划绿色能源工程计划”u1989年，成立了国内首家工业生物技术研究所年，成立了国内首家工业生物技术研究所u1995年，成立国家生化工程技术研究中心年，成立国家生化工程技术研究中心u“十一五十一五”期间，提出了利用生物质生产大宗化学品期间，提出了利用生物质生产大宗化学品u工业生物技术列入国家中长期科学和技术发展规划工业生物技术列入国家中长期科学和技术发展规划 (20

17、06-2020年年)u2003年和年和2006年国家年国家“973” 项目立项项目立项世界各国共同掀起工业生物技术的热潮 美国：生物质发展路线图美国：生物质发展路线图美国：美国：GTL路线图路线图欧洲：欧洲：21世纪可持续化学工业路线图世纪可持续化学工业路线图加拿大：基于生物的基础原料、燃料加拿大：基于生物的基础原料、燃料及工业产品科技创新路线图及工业产品科技创新路线图糖平台糖平台 葡萄糖葡萄糖 果糖果糖 木糖木糖 阿拉伯阿拉伯糖糖高分子材料高分子材料平台化合物平台化合物基础原料基础原料成份分离成份分离SGSGC2C2C3C3C5C5C6C6C4C4淀粉淀粉半纤维素半纤维素纤维素纤维素蛋白质蛋

18、白质碳水化合物碳水化合物热化学平台热化学平台合成气合成气平台化合物系列平台化合物系列生生 物物 质质H H2 2、甲烷、甲烷混合醇混合醇衣康酸衣康酸乙酰丙酸乙酰丙酸富马酸富马酸丁二酸丁二酸天冬氨酸天冬氨酸苹果酸苹果酸柠檬酸柠檬酸葡萄糖酸葡萄糖酸山梨醇山梨醇乳酸、甘油乳酸、甘油丙烯酸丙烯酸3-3-羟基丙酸羟基丙酸乙醇、乙烯乙醇、乙烯现代化学工业体系现代化学工业体系木质素木质素油脂油脂生物质能源现状生物质能源现状 生物质能是优质的可再生能源：生物质合生物质能是优质的可再生能源：生物质合成是地球上最大的成是地球上最大的CO2固定途径固定途径 生物通过光合作用固定生物通过光合作用固定CO2制造生物制造

19、生物质为我们提供了可观的能源来源质为我们提供了可观的能源来源CO2陆生植物陆生植物1100亿吨生物质亿吨生物质海洋藻类海洋藻类600亿吨生物质亿吨生物质固定固定1600亿吨亿吨CO2固定固定880亿吨亿吨CO2光合光合作用作用产生大量产生大量O O2 2改善大气环境改善大气环境生物质能是相对稳定的再生能源生物质能是相对稳定的再生能源 温室效应带来其他可再生能源的不确定性，温室效应带来其他可再生能源的不确定性，如水电，而生物质能源来源可能增加如水电，而生物质能源来源可能增加第一代生物质能：燃料乙醇第一代生物质能：燃料乙醇美国：玉米，占全球美国：玉米，占全球52%，产值约，产值约200亿美元亿美元

20、（大量）（大量）巴西：甘蔗，车用燃料主体巴西：甘蔗，车用燃料主体（大量）（大量）中国：粮食安全、耕地、水资源中国：粮食安全、耕地、水资源（少量，难以普及）（少量，难以普及）秸秆生产纤维素乙醇（第二代）的困境秸秆生产纤维素乙醇（第二代）的困境 目前纤维素转化为葡萄糖的成本依然是主要障碍目前纤维素转化为葡萄糖的成本依然是主要障碍 自然界没有能利用木糖产生乙醇的微生物自然界没有能利用木糖产生乙醇的微生物 构建的同时利用木糖和葡萄糖产酒精的工程菌依然还不是构建的同时利用木糖和葡萄糖产酒精的工程菌依然还不是很成熟很成熟 纤维素酶纤维素酶2000元元/吨产品，补贴近吨产品，补贴近3000元元/吨产品吨产品

21、木糖木糖葡萄糖葡萄糖乙醇乙醇第一代生物质能：生物柴油第一代生物质能：生物柴油中国：利用废弃油脂、非食用中国：利用废弃油脂、非食用油脂资源油脂资源（少量，难以普及）（少量，难以普及）各国国情不同各国国情不同欧洲：菜籽欧洲：菜籽美国：大豆美国：大豆南美：棕榈油南美：棕榈油（大量）（大量）生物柴油生物柴油B10率先商业化推广率先商业化推广常州市新北区常州市新北区60辆环卫车辆环卫车辆使用辆使用B10常州卡特新能源的常州卡特新能源的B100已已公路试验公路试验2年，即将商业年，即将商业推广推广种植万亩蓖麻，开发新型种植万亩蓖麻，开发新型植物基润滑油、增塑剂、植物基润滑油、增塑剂、聚氨酯等生物可降解材料

22、聚氨酯等生物可降解材料废弃油脂废弃油脂生物柴油生物柴油利用边际土地和沿海滩涂的潜力不小利用边际土地和沿海滩涂的潜力不小中国生物质能源之路：利用低劣生物质积极中国生物质能源之路：利用低劣生物质积极稳妥推广生物燃油和生物燃气及发电稳妥推广生物燃油和生物燃气及发电 战略应该是分步走台阶式的积极战略：基础技术和应用基础研究战略应该是分步走台阶式的积极战略：基础技术和应用基础研究 大力发展利用沿海优势和能源作物大力发展利用沿海优势和能源作物 大力发展低劣生物质利用大力发展低劣生物质利用 中国有农作物秸秆、废弃林木和生物炼制加工剩余物的木质纤维等中国有农作物秸秆、废弃林木和生物炼制加工剩余物的木质纤维等材

23、料材料7亿吨亿吨我国每年会产生极其可观的低劣生物质我国每年会产生极其可观的低劣生物质种类种类年产生量（亿吨）年产生量（亿吨）城市生活垃圾城市生活垃圾1.55养殖业畜禽粪便养殖业畜禽粪便11.4农村家庭生活垃圾农村家庭生活垃圾2.5农作物秸秆农作物秸秆7林木剩余物林木剩余物3农产品加工副产物农产品加工副产物1能源作物副产物能源作物副产物2.6水生植物水生植物2.6污水处理厂剩余污泥污水处理厂剩余污泥2城市生活污水城市生活污水260目前中国低劣生物质利用概况目前中国低劣生物质利用概况 生活固体垃圾填埋，产生的甲烷排放问题生活固体垃圾填埋，产生的甲烷排放问题 秸秆大量焚烧产生气体污染与大规模还田可能

24、引秸秆大量焚烧产生气体污染与大规模还田可能引发的甲烷排放问题发的甲烷排放问题 大量粪便（大量粪便（14亿人口；约占世界一半的养殖业粪亿人口；约占世界一半的养殖业粪便）排放江河，少量被城市污水站曝气处理，消便）排放江河，少量被城市污水站曝气处理，消耗大量能源，排放耗大量能源，排放CO2我国低劣生物质利用的特点我国低劣生物质利用的特点v资源高度分散资源高度分散 我国小城镇和农村及农业污染占污染总量我国小城镇和农村及农业污染占污染总量的的90%以上；全国以上；全国4.1万乡镇、万乡镇、69万行政村。万行政村。收集、运输过程导致集中传统处理成本高昂收集、运输过程导致集中传统处理成本高昂。v适合采用生物

25、转化适合采用生物转化 粪便、生物垃圾中有机质、氮、磷、粪便、生物垃圾中有机质、氮、磷、COD含量极高，只能采用生物转化处理。含量极高，只能采用生物转化处理。 农业秸秆糖化难度大；农业秸秆糖化难度大；秸秆还田秸秆还田产生大量沼气产生大量沼气毒害土壤和作物毒害土壤和作物秸秆秸秆燃料燃料硫化物、温室气体硫化物、温室气体 污染空气污染空气秸秆堆沤腐熟转化生物甲烷，难度较小。低劣生物质利用低劣生物质利用同时解决水污染和同时解决水污染和水资源问题水资源问题生物质生物质能量耗散能量耗散排放排放CO2环境污染环境污染水体富营养化水体富营养化不利用不利用利用利用清洁能源清洁能源无无CO2净排放净排放极大地降低水

26、污染极大地降低水污染 厌氧发酵系统： 采用我校江浦校区植物秸秆、人粪尿、餐余垃采用我校江浦校区植物秸秆、人粪尿、餐余垃圾等作为厌氧发酵原料，采用全混合、中温厌圾等作为厌氧发酵原料，采用全混合、中温厌氧消化工艺氧消化工艺 设计规模：日处理约量日处理约量30吨，物料吨，物料TS约为约为5%，可实现日，可实现日产生物甲烷产生物甲烷200 m3生物甲烷示范工程生物甲烷示范工程生物甲烷示范工程装置系统生物甲烷示范工程装置系统厌氧反应器厌氧反应器储气柜储气柜脱硫塔脱硫塔沼渣过滤沼渣过滤沼气燃烧沼气燃烧发电机组发电机组抽粪车抽粪车粉碎堆沤粉碎堆沤先进生物甲烷净化装置先进生物甲烷净化装置通过利用先进生物燃气甲

27、烷技术，将生物甲烷提升通过利用先进生物燃气甲烷技术，将生物甲烷提升至甲烷含量至甲烷含量97%，达到民用天然气标准，达到民用天然气标准生物甲烷试验车生物甲烷试验车利用低劣生物质生产生物燃气利用低劣生物质生产生物燃气发酵残渣发酵残渣（腐殖质）（腐殖质）土壤改良土壤改良有机废弃物有机废弃物农业生物质农业生物质动植物动植物氢气发酵氢气发酵甲烷发酵甲烷发酵生物燃气生物燃气 利用低劣生物质，经两阶段厌氧发酵生产生物甲烷，可在利用低劣生物质，经两阶段厌氧发酵生产生物甲烷，可在提高理论能量回收率至提高理论能量回收率至99%的同时加快反应速度，效率高。的同时加快反应速度，效率高。若将我国的低劣生物质全若将我国的

28、低劣生物质全部转化为生物甲烷，可年部转化为生物甲烷，可年减排减排CO2约约25亿吨亿吨 产气池产气池腐熟井腐熟井生生物物燃燃气气对农村低劣生物质利用的设想对农村低劣生物质利用的设想 液化液化沼液沼渣还田沼液沼渣还田 气化气化 燃气总管、集中收集燃气总管、集中收集 通过各村镇建设低劣生物质资源化处理系统，就地转化秸秆、粪便等为生物燃气，剩余物就地利用。提高能源和资源的利用率，降低成本秸杆等秸杆等粪便、粪便、生活污水生活污水对农村低劣生物质利用的设想对农村低劣生物质利用的设想 通过管道运输，集中收集燃气用于供热或发电，达到能量的集中使用与城乡一体的目标乡镇乡镇 城市城市生物甲烷的应用十分广泛生物甲

29、烷的应用十分广泛 直接用于燃料，热值高，污染极小直接用于燃料，热值高，污染极小 用于生产合成气，进一步生产甲醇和乙醇用于生产合成气，进一步生产甲醇和乙醇 等多种能源与化学品等多种能源与化学品我国低劣生物质资源用于生物燃气生产年我国低劣生物质资源用于生物燃气生产年所产生的能源量相当于所产生的能源量相当于35亿吨标煤亿吨标煤甲烷经济：现实和未来结合的模式甲烷经济：现实和未来结合的模式煤炭煤炭天然气天然气粪便粪便甲烷气体储存甲烷气体储存工厂工厂电厂电厂居民生活居民生活汽车汽车秸秆秸秆甲烷经济模式甲烷经济模式第三代生物能源：微藻生物柴油第三代生物能源：微藻生物柴油 生物柴油生物柴油 (Bio-dies

30、el) 生物航空煤油生物航空煤油 (Bio-jet fuel) (Bio-kerosene) 2007年，美国启动了微型曼哈顿计划，预计到年，美国启动了微型曼哈顿计划，预计到2010年实现年实现藻类产油工业化，达到每天产油百万桶的目标。藻类产油工业化，达到每天产油百万桶的目标。微藻通过光和作用固定微藻通过光和作用固定CO2的的效率比陆生植物更高效率比陆生植物更高1 L空气中含有约空气中含有约5.910-4 g CO21 L水中含有约水中含有约1.7 gCO21 L空气中含有约空气中含有约0.3 g O2近近3000倍倍1 L水中含有约水中含有约0.008 g O21/40微藻通过光和作用固定微

31、藻通过光和作用固定CO2的的效率比陆生植物更高效率比陆生植物更高折射折射衍射衍射水水散射散射 由于水对光具有折射由于水对光具有折射、衍射、散射等效应，使得微藻所衍射、散射等效应，使得微藻所有表面都有可能受光照，然后陆生植物只有向光面才有可能有表面都有可能受光照，然后陆生植物只有向光面才有可能受光照。受光照。树叶树叶比表面积比表面积:10-3 m2微藻微藻比表面积比表面积:1.3103 m2 相同质量的微藻比表面积是树叶的相同质量的微藻比表面积是树叶的，比表面积越大，受光面积越大，越有利于光合作用。比表面积越大，受光面积越大，越有利于光合作用。微藻通过光和作用固定微藻通过光和作用固定CO2的的效

32、率比陆生植物更高效率比陆生植物更高1 g干物质干物质微藻具有高效的产油能力微藻具有高效的产油能力作物作物公斤油公斤油/ha升油升油/ha大豆大豆(Soybean)375446芝麻芝麻(Sesame)585696向日葵向日葵(Sunflower)800952花生花生(Peanuts)8901,059油菜籽油菜籽(Rapeseed)1,0001,190油橄榄油橄榄(Olives)1,0191,212蓖麻籽蓖麻籽(Castor beans)1,1881,413麻疯树麻疯树(Jatropha)1,5901,892椰子椰子(Coconut)2,2602,689油棕榈油棕榈(Oil palm)5,0005

33、,950乌桕乌桕(Chinese tallow)5,5006,545微藻微藻(Microalgae)79,83295,000微藻能源与化石能源的结合微藻能源与化石能源的结合我国水泥行业我国水泥行业 年排年排CO2亿吨亿吨微藻微藻约年产亿吨藻粉约年产亿吨藻粉相当于亿吨煤炭相当于亿吨煤炭产产.13热量热量 微藻培养和我国水泥、火力发电等重污染行业联产，实现微藻培养和我国水泥、火力发电等重污染行业联产，实现CO2及余热的及余热的综合利用，以及微藻生物质燃料联产。综合利用，以及微藻生物质燃料联产。CO2排出排出吸收吸收低碳工业低碳工业微藻能源与生物甲烷的系统工程微藻能源与生物甲烷的系统工程有机废弃物有

34、机废弃物污水处理厂污水处理厂厌氧消化器厌氧消化器高含油微藻高含油微藻生物柴油生物柴油高含量高含量N N、P P、K K废水废水生物甲烷生物甲烷 有机肥料有机肥料蛋白饲料蛋白饲料温室气体温室气体 污泥污泥废水废水发电发电 余热余热 光生物反应器光生物反应器绿色大庆的低碳生物经济构想绿色大庆的低碳生物经济构想大庆油田大庆油田年产年产3000万吨汽柴油万吨汽柴油绿色大庆绿色大庆约年产约年产3000万吨生物柴油万吨生物柴油产产5亿亿m3生物甲烷生物甲烷产产3700万吨蛋白饲料万吨蛋白饲料产产800万吨肉万吨肉等面积等面积 饲养业、微藻工业和生物甲烷联产，实现食品、副食、生物甲烷、生饲养业、微藻工业和生

35、物甲烷联产，实现食品、副食、生物甲烷、生物柴油的多联产，基本上消除了水污染，每年可净减排物柴油的多联产，基本上消除了水污染，每年可净减排CO2约约2亿吨。亿吨。CO2排出排出1亿吨亿吨吸收吸收1亿吨亿吨生物基材料生物基材料生物基材料生物基材料 以可再生生物资源为原料生产的高分子以可再生生物资源为原料生产的高分子量的聚合物量的聚合物特点：特点： 可具有生物降解性，为环境友好型可具有生物降解性，为环境友好型 可缓解材料工业对石油的依赖性可缓解材料工业对石油的依赖性 生物基材料生物基材料生物降解材料的用途生物降解材料的用途 包装材料（垃圾装、食品容器）包装材料（垃圾装、食品容器） 消费品（手柄、玩具

36、）消费品（手柄、玩具） 医药、卫生医药、卫生 化妆品化妆品 涂料涂料生物基材料的优势生物基材料的优势1l 融入地球系统的碳循环融入地球系统的碳循环l 低二氧化碳排放低二氧化碳排放l 全生命周期分析全生命周期分析生物材料是生物材料是CO2减排的一个重要方向减排的一个重要方向早期地球，早期地球，CO2浓度高浓度高温室效应严重温室效应严重当今地球，蓝色星球当今地球，蓝色星球生态乐园生态乐园生物材料生物材料CO2固定固定 若利用生物质资源生产生物基材料，进而料替代我国每若利用生物质资源生产生物基材料，进而料替代我国每年使用的三大合成高分子有机碳材料，则可实现数千万吨的年使用的三大合成高分子有机碳材料，

37、则可实现数千万吨的CO2减排。减排。生物基材料生物基材料CO2减排的重要手段减排的重要手段生物材料生物材料/单体单体生物生物催化催化生物基材料路线图生物基材料路线图无甲醛生物质板材无甲醛生物质板材 Renewable Biodegradable Formaldehyde-free Environmental-friendly-PGA食品容器食品容器高强度纤维高强度纤维热塑料热塑料植树造林植树造林绿化沙漠绿化沙漠节水农业节水农业卫生用品卫生用品药物药物缓释载体缓释载体农用化学品农用化学品结构性材料结构性材料高吸水树脂高吸水树脂功能性材料功能性材料*ONH*COOHn 聚谷氨酸是以谷氨酸单体的聚谷

38、氨酸是以谷氨酸单体的位羧位羧基和氨基相缩合成的一种聚氨基酸。基和氨基相缩合成的一种聚氨基酸。-PGA-PGA结构式结构式聚谷氨酸聚谷氨酸理想的稳定理想的稳定性和增稠性性和增稠性耐酸、耐盐耐酸、耐盐的增稠稳定的增稠稳定剂剂 满足三次采满足三次采油需要增强油需要增强石灰泥浆的石灰泥浆的流动性流动性 与增塑剂混合与增塑剂混合使用，使混凝使用，使混凝土不易泛浆和土不易泛浆和分裂分裂 威兰胶威兰胶聚羟基脂肪酸酯聚羟基脂肪酸酯(PHA)是细菌体是细菌体内广泛存在的一种细胞内聚酯内广泛存在的一种细胞内聚酯目前发现的目前发现的PHA有有150种种在生物体内主要作为细胞内碳源在生物体内主要作为细胞内碳源和能源的

39、贮藏性物质而存在和能源的贮藏性物质而存在通常在胞内是以一种无定形态、通常在胞内是以一种无定形态、包涵体的形式存在包涵体的形式存在 具有很好的机械性能和加工性具有很好的机械性能和加工性 能能聚羟基脂肪酸聚羟基脂肪酸(酯酯)聚对苯二甲酸丙二醇酯（聚对苯二甲酸丙二醇酯（PTT）OHHO聚对苯二甲酸丙二醇酯 PTTPTT是一种新型聚酯材料，在地毯和纺织品方面有着是一种新型聚酯材料，在地毯和纺织品方面有着广阔的应用前景。广阔的应用前景。19981998年，年，PTTPTT被美国评为六大石化新产品被美国评为六大石化新产品之一，被认为是将来尼龙之一，被认为是将来尼龙(Nylon)(Nylon)的替代品。的替

40、代品。离子束诱变选育离子束诱变选育D乳酸高产菌乳酸高产菌 Sporolactobacillus sp 10keV,N+ 离子束诱变离子束诱变 0.41015-6.61015ions/cm2（溴酚绿指示剂溴酚绿指示剂）（wild type 40 g/lwild type 40 g/l）突变突变筛选筛选Y1Y10（88 g/l88 g/l）10keV,N+离子束诱变离子束诱变 0.41015-6.61015ions/cm2Y11Y20（溴酚绿指示剂溴酚绿指示剂）低能量离子注入机低能量离子注入机（120120140 g/l140 g/l）突变突变筛选筛选D-乳酸生物制造乳酸生物制造D-D-乳酸乳酸聚

41、乳酸聚乳酸衣料衣料塑料制品塑料制品医用材料医用材料快餐饭盒快餐饭盒农药前体（骠马、威霸农药前体（骠马、威霸 ）拟建设起亚洲最大以生物质为原料的年产100吨D乳酸的中试生产线聚乳酸制备和加工技术单体原料单体原料塑料制品塑料制品聚合聚合/加工加工一步完成一步完成新工艺新工艺 + 新装备新装备 卡宾衍生物催化的环状化合物可调控开环聚合方法卡宾衍生物催化的环状化合物可调控开环聚合方法. PCTCN2009073675. 2009-09-01. 一种用卡宾衍生物催化制备聚乳酸的方法一种用卡宾衍生物催化制备聚乳酸的方法. PCTCN2009073677. 2009-09-01. 一种用双螺杆挤出机制备聚乳

42、酸及其制品的方法一种用双螺杆挤出机制备聚乳酸及其制品的方法. PCTCN2009073674. 2009-09-01.形成系列专利技术形成系列专利技术生物法生产丁二酸生物法生产丁二酸玉米、大麦、木材可再生资源淀粉/葡萄糖丁二酸丁二酸固定固定CO2 C6H12O6+ 2CO2 2C4H6O4利用温室气体，而且原子经济性高，相对葡萄利用温室气体，而且原子经济性高，相对葡萄糖理论质量收率为糖理论质量收率为131%。生物固定生物固定CO2生产丁二酸生产丁二酸 C6H12O6+2CO2 2C4H6O4OOO COOHCH2CH2COOH水解催化加氢石油生物质资源生物质资源糖类化合物糖类化合物聚合级丁二酸

43、聚合级丁二酸传统石化法传统石化法原原料料替替代代路路线线替替代代产产业业升升级级现代生物法现代生物法亚洲最大以生物质为原料的年产亚洲最大以生物质为原料的年产10001000吨丁二酸吨丁二酸的的产业化示范产业化示范线线聚合级丁二酸聚合级丁二酸120 m120 m3 3发酵罐发酵罐PBS类聚酯的合成60 天降解天降解OOOOOOmknOHOOHOOHOH1,4-1,4-丁二醇丁二醇丁二酸丁二酸PBS对苯二甲酸对苯二甲酸PBSTCO2H2O降解降解降解降解CO2聚丁二酸丁二醇酯（聚丁二酸丁二醇酯（PBS） 具有优良力学性能，接近聚丙烯和具有优良力学性能，接近聚丙烯和ABS塑料；塑料； 成本仅为聚乳酸

44、、成本仅为聚乳酸、PHA等降解塑料的等降解塑料的1/3； 热变性温度接近热变性温度接近100 C，改性后使用温度可超过，改性后使用温度可超过100 C； 在目前降解塑料中加工性能最好，被认为最有发展前在目前降解塑料中加工性能最好，被认为最有发展前 途的生物可降解塑料产品之一；途的生物可降解塑料产品之一； 据估计全球市场规模在据估计全球市场规模在100万吨万吨/年。年。OHOOHOOHO HOOOOO.+丁二酸丁二酸1,4 丁二醇丁二醇PBSBionolle日本昭和公司日本昭和公司农用材料农用材料包装材料包装材料市政工程材料市政工程材料生物基材料的商业化生物基材料的商业化 Dupont - PT

45、T Proctor & Gambles - PHA Cargill PLA“technology-push”lBiotechnologylNanotechnologylChemical Engineering生物基材料的市场发展前景生物基材料的市场发展前景 欧洲生物塑料协会预计欧洲生物塑料协会预计2020年将会达到年将会达到200400万吨万吨 全球生物基材料将有可能达到传统聚合物全球生物基材料将有可能达到传统聚合物总量的总量的10%OECD报告：展望报告：展望2030年的生物经济年的生物经济生物技术生物技术领域领域2003年研发年研发经费份额经费份额预计预计2030年行业年行业总产值份额总产值份额医药医药87%25%农业农业4%36%工业工业2%39%其他其他7%/合计合计100%100%未来和谐可持续发展社会时代未来和谐可持续发展社会时代人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。