量；
2.藻类容易繁殖，生长周期短，光合作用效率高； 3.藻类的生长繁殖不依靠土壤，不占用农业用地，而且其养殖过程可以实现自动化控制；
4.藻类是一种单细胞生物，它没有叶、茎、根。 即没有无用生物量，整个藻体都可用于热转化。
5.藻类含有较高的脂类、可溶性多糖和蛋白质等易热解的化学组分；藻类热解所获得的生物质燃油热值高，平均高达33MJ/kg,是木材或农作物秸秆的1.6倍 。 6.藻类不含纤维素等难分解成分，易被粉碎和干燥，所需热解条件相对较低，可使生产成本降低；
7.藻类可塑性大，可以通过改变培养条件或诱导，提高其产油能力；
8.从藻类获取的油是没有污染、可再生的能量资源，它的应用不需要改变汽车、飞机的发动机。
前景分析：l)和现已初步实现产业化的玉米等粮食作物制取生物柴油的方式相比，海洋微藻产量高，单位面积产量是粮食的几十倍，生长周期短、繁殖快，并且培养时间短，在很短的时间内可获得大量产品。 2)微藻在水域(淡水或海水均可)中生长繁殖，不依靠土壤，不存在与农业用地相竞争的问题，不占用耕地，不影响农业生产。
3)微藻的含油量相对较高，其生长繁殖和油脂的制备都可以实现工业自动化。 4)微藻个体小、木素含量很低，易粉碎干燥，用藻类来生产液体燃料所需处理和加工条件相对较低，生产成本与其他生物燃料原料相比相对较低。 5)微藻生长可以消耗大量的二氧化碳，并且在微藻培育过程中加人二氧化碳，可令微藻的产量大幅度增加，从微藻到油的生产过程也可以实现零排放，具有良好的环保效益。
18、燃料乙醇原料的发展趋势。《生物质能学》173页
燃料乙醇生产仅仅依靠粮食来提供原料，已不能满足燃料乙醇生产的需求，我国需要走多元化供应的路子，未来我国燃料乙醇发展更多的应是依靠非粮食原料。
我国燃料乙醇生产企业的发展主要是两个方向：一是木薯乙醇；二是纤维素乙醇。两者都属于非粮食作物，其中，木薯乙醇已处于规模化生产阶段，技术发展已相对完善；而纤维素乙醇在我国还处在试验阶段，技术还有待完善。
木薯是替代玉米的最佳选择：木薯是取代玉米等原料生产酒精的理想替代物，开发木薯酒精资源前景看好。在同样土地资源条件下，种植木薯可比种植玉米多产近2倍酒精。利用木薯进行酒精生产，整株作物无废料，利用效率很高。 纤维素乙醇发展潜力最大：长期来看，木薯也只是中国生产燃料乙醇的过渡性原料，还不足以改变中国整个能源结构。承担改变中国能源结构重任的是以秸秆为代表的植物纤维。开发大规模生产木质纤维类生物质燃料乙醇的工业技术，是解决燃料乙醇原料成本高、原料有限的根本出路。 19. 燃料乙醇的优点：
1、可作为新的燃料替代品，减少对石油的消耗。 2、辛烷值高，抗爆性能就好3、减少矿物燃料的应用以及污染4、可再生能源5、不会增加大气中的CO2 20.乙醇脱水制备燃料乙醇的方法：
目前制备燃料乙醇的方法主要有化学反应脱水法、恒沸精馏、萃取精馏、吸附、膜分离、真空蒸馏法、离子交换树脂法等。
21.木质纤维素糖化发酵的四种类型及其目前各自面临的技术难题：
（1）物理法：球磨、压缩球磨、爆破粉碎、冷冻粉碎、声波、电子射线。
弊端：效果不明显、处理成本高、条件苛刻。
（2）化学法：酸、碱、有机溶剂。
弊端：污染严重、设备要求高、损失大、收率低。
（3）理化法 （4）生物法：木质素降解微生物：白腐真菌为主、木质素降解酶类：Lacs、Lips、MnPs等、木质素降解条件、 木质素降解分子生物学 22.生物质发电的意义：
1、缓解能源短缺；
2、增加我国清洁能源比重； 3、改善环境；
4、扩大乡镇产业规模，增加农民收入，缩小城乡差距。 23.氢能的特点：
（l）所有元素中，氢重量最轻；
（2）所有气体中，氢气的导热性最好；
（3）氢是自然界存在最普遍的元素，据估计它构成了宇宙质量的75%； （4）除核燃料外，氢的发热值是所有化石燃料、化工燃料和生物燃料中最高的；
（5）氢燃烧性能好，点燃快；
（6）氢本身无毒，与其他燃料相比氢燃烧时最清洁；
（7）氢能利用形式多，既可以通过燃烧产生热能，又可以作为能源材料用于燃料电池，或转换成固态氢用作结构材料。
三、设计题
1、沼气池的类型、组成和设计原理。
沼气池组成
1进料口和进料管
进料口位于畜禽舍地面下，由设在地下的进料管与发酵间连通。进料口将厕所、畜禽粪便污水通过进料管流入沼气池发酵间。 进料管内径一般为200-300mm，采取直管斜插于池墙中部或直插与池顶部的方式与发酵间连通，目的是保持进料顺畅、搅拌方便、施工方便。 2、发酵间和储气室
是沼气池的主体，可分为发酵间和储气室。发酵原料在发酵间进行发酵，产生的沼气溢出水面进入上部的削球形储气室储存。因此，要求发酵间不漏水，储气室不漏气。
3、水压间（出料间） 主要功能是为储存沼气、维持正常气压和便于出料而设置的，其容积由沼气池产气量来决定，一般为沼气池24小时所产沼气的一半。水压间与发酵间的连接，随着出料方式的不同而存在两种方式：
①当满足沉降、杀灭寄生虫卵的需要，采取中层出料时，水压间通过安装于其中部的出料管与发酵间连接。
②为便于出料、免除一年一度的大换料，采取底层出料时，水压间通过其下部的出料口与发酵间直接相通。
4、活动盖
设计在池盖的顶部，呈瓶塞状，上大下小。活动盖可以按需要开启或关闭，是一个装配式的部件。其功能主要有：
（1）在进行沼气池的维修和清除沉渣时，打开活动盖可以排除池内残存有害气体，并利于通风、采光，使操作安全。
（2）当遇到导气管堵塞、气压表失灵等特殊情况，造成池内气压过大时，活动盖即被冲开，从而降低池内气压，使池体得到保护。
（3）当池内发酵表面严重结壳，影响产气时，可以打开活动盖，破碎浮渣层，搅动料液。 5 导气管
固定在沼气池拱顶最高处或活动盖上的一根内径1.2cm，长25-30cm左右的铜管、钢管或PVC硬塑管等，下端与储气室相通，上端连接输气管道，将沼气输送至农户，用于炊事与照明。 沼气池的设计原理
建造“模式”中的沼气池，首先要做好设计工作。总结多年来科学实验和生产实践的经 验，设计与模式配套的沼气池必须坚持下列原则：
(1)必须坚持“四结合”原则 “四结合”是指沼气池与畜圈、厕所、日光温室相连，使人畜粪便不断进入沼气池内，保证正常产气、持续产气，并有利于粪便管理，改善环境卫生，沼液可方便地运送到日光温室蔬菜地里作肥料使用。 (2)坚持“圆、小、浅”的原则 “圆、小、浅”是指池型以圆柱形为主，池容6～12立方米 ，池深2米左右，圆形沼气池具有以下优点：第一，根据几何学原理，相同容积的沼气池， 圆形比方形或长方形的表面积小，比较省料。第二，密闭性好，且较牢固。圆形池内部结构 合 理，池壁没有直角，容易解决密闭问题，而且四周受力均匀，池体较牢固。第三，我国北方 气温较低，圆形池置于地下，有利于冬季保温和安全越冬。第四，适于推广。无论南方、北 方，建造圆形沼气池都有利于保证建池质量，做到建造一个，成功一个，使用一个，巩固 一个，积极稳步地普及推广。小，是指主池容积不宜过大。浅，是为了减少挖土深度，也便 于避开地下水，同时发酵液的表面积相对扩大，有利于产气，也便于出料。
(3)坚持直管进料，进料口加箅子、出料口加盖的原则 直管进料的目的是使进料流畅，也 便于搅拌。进料口加箅子是防止猪陷入沼气池进料管中。出料口加盖是为了保持环境卫生， 消灭蚊蝇孳生场所和防止人、畜掉进池内。 沼气池分类
1、按储气方式 有水压式、浮罩式和气袋式三大类，在实际应用中，水压式最为普遍，浮罩式次之。
2、按几何形状 有圆筒形、球形、椭球形、长方形、方形、拱形等多种形状，其中，圆筒形池和球形池应用最为普遍。
3、按建池材料 有混凝土结构池、砖结构池、塑料（或橡胶）池、玻璃钢池、钢丝网水泥池、钢结构池等，在实际应用中，最为普遍的是混凝土结构池。 4、按沼气池埋设位置 有地下式、半埋式和地上式，在实际应用中以地下式为主。
5、按发酵温度 有常温发酵池、中温发酵池和高温发酵池。除此以外，也有按照发酵工艺进行分类的。
2、以餐饮业废弃油脂为原料生产生物柴油的工艺流程图及文字说明。
3、以木薯为原料生产燃料乙醇的工艺流程图及文字说明。P159 4、木质纤维素生产燃料乙醇的工艺流程图及文字说明。P166
四、能力拓展题
1、请对目前我国生物柴油(P188)、燃料乙醇(P173)和生物质发电(P203小)等生物质能产业面临的主要困难进行分析，并提出你的解决方案。 2、如果要你自主创业，筹建一家生物质发电厂，你将如何实施？
3、我国生物柴油产业如何才能走出困境？请谈谈你的看法。P189-190
4、利用微藻生产生物柴油是一种很好的发展思路，但目前已知的微藻合成生物柴油的产量低，请问：从理论上来说，可以通过哪些途径获得高生物柴油产量的微藻？
生物柴油的“工程微藻”法：
提高微藻油脂总产量的根本思路是提高细胞油脂合成途径相关酶的总活力,并通过代谢调控使代谢中间物更多地分流到油脂合成途径,在生物量和细胞含油率之间寻求平衡乃至从根本上解决生长率和含油率之间的矛盾,以获得最多的油脂产量 (油脂产量 =含油率 × 生物量)。目前主要有两种方法:优化培养法和基因工程法。
4. 1 优化培养法
优化培养是以实验藻种现有的代谢体系为基础,通过创造一种生理压力 (如氮源短缺等逆境条件 )来调整代谢流适当向油脂合成方向转换,是从生理生化水平对微藻进行代谢调控来增加油脂总产量。
优化培养法增油脂的技术手段 优化培养法增油脂主要通过优化营养供应和培养环境、 采用最佳培养方式和培养流程等技术手段来进行。研究者通过对碳源、 氮源、 磷源、 铁离子、 硅等的种类或供应量的优化,摸索出利于微藻产油的营养条件; 通过对培养液的 pH 值、 光照强度、 温度、 盐度等环境条件的优化,总结出适于微藻产油的最佳培养环境;通过对分批培养、 分批补料培养、半连续培养、 连续培养,静置培养、 通气培养,单一藻种培养、 多种藻混合培养,两步培养法等多种培养方式的摸索,选择适合微藻产油的最佳培养方式。鉴于微藻的优化培养在很多综述和专著中曾多次讨论过,故不再赘述。 4. 2 基因工程法
基因工程法增油脂是指通过对微藻油脂合成相关途径关键基因的操作,从分子水平化解高生长率和高含油率之间的矛盾,以构建出能够快速积累油脂的工程微藻藻株。目前,研究者主要通过两个方面的基因操作来提升油脂合成能力: ( 1)超表达与油脂合成直接或间接相关的关键酶; (2)阻断与油脂合成途径竞争中间代谢物的其他途径的关键酶。
4. 2. 1 超表达与油脂合成直接或间接相关的关键酶乙酰辅酶 A羧化酶 (ACC) :鉴于 ACC对脂肪酸合成途径代谢流的重要调控作用, ACC被转入到很多不同物种中超表达以求增加油脂产量。
4. 2. 2 阻断油脂合成的竞争途径 由 PEPC催化的将PEP催化为草酰乙酸的途径:根据陈锦清的“底物竞争” 理论,ACC和 PEPC的相对活性影响着脂类合成途径的原料供应量: PEPC会催化磷酸烯醇式丙酮酸( PEP)羧化为草酸乙酸进入氨基酸生物合成途径,因而导致分流到脂肪酸合成方向的 PEP减少,脂肪酸合成量降低;故抑制 PEPC活性有助于使进入脂肪酸合成途径的丙酮酸增多,为脂
肪酸合成提供更多原料。
采用基因工程手段,培育出遗传稳定、 生长迅速的微藻产油株系,以此为基础构建起较为简单的培养流程并因而降低生产成本,这是促使微藻生物柴油迅速工业化生产的最关键问题。虽然通过基因工程法促使微藻大量生产油脂尚未成功,但是油料作物如大豆、 油
菜中的成功案例使我们看到了希望。
补充：“工程微藻”生产柴油，为柴油生产开辟了一条新的技术途径。美国国家可更新实验室(NREL)通过现代生物技术建成“工程微藻”，即硅藻类的一种“工程小环藻”。在实验室条件下可使“工程微藻”中脂质含量增加到60%以上，户外生产也可增加到40%以上，而一般自然状态下微藻的脂质含量为5%-20%。“工程微藻”中脂质含量的提高主要由于乙酰辅酶A羧化酶(ACC)基因在微藻细胞中的高效表达，在控制脂质积累水平方面起到了重要作用。目前，正在研究选择合适的分子载体，使ACC基因在细菌、酵母和植物中充分表达，还进一步将修饰的ACC基因引入微藻中以获得更高效表达。
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