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1、比较绿藻和餐厨垃圾做生物质能源的效益，它们开发利用的技术难点是什么？它们的应用前景怎样？王一鸣,绿藻,绿藻是一种微生物，可以在包括海水、淡水等所有的水中环境里被找到。 绿藻的细胞与高等植物相似，也有细胞核和叶绿体，色素中以叶绿素a和b最多，还有叶黄素和胡萝卜素，故呈绿色。贮藏的营养物质主要为淀粉和油类。绿藻的体型多种多样，有单细胞、群体、丝状体或叶状体。繁殖的方式也多样，无性生殖和有性生殖都很普遍。,绿藻的特点和应用方向,绿藻生长迅速、含油量高，可作为产油微藻。日益被各国视为潜在的可持续能源。以缓解日益严峻的能源危机。 绿藻光水解制氢是目前国际公认的最有潜力的利用太阳能制氢方法之一。 各国积极
2、研发绿藻的另一个因素是它能够大量吸收二氧化碳化石燃料燃烧的副产品。,1.绿藻产油,藻类作为最原始的生命形式，其细胞通过代谢可以产生蛋白质、多糖、色素及脂肪等，其富含的脂类和甘油是制备生物柴油的良好材料。,利用微藻生产生物柴油的优势,藻类与植物相比生长速度快 一些绿藻可以产生大量的生物柴油的主要原料三脂酰甘油（triacylglycer-ides,TAG） 可以在不占用高质量土地资源的情况下产生大量的生物量,微藻产油的技术难点,目前限制微藻生物柴油大规模应用的主要问题包括：能快速生长和高脂质含量的微藻品种的筛选、光生物反应器(即封闭的微藻培养设备)的效率提高、微藻的脱水和油脂提取技术提高、微藻生
3、物柴油的低温燃烧性能等。其中，能源微藻的大规模、低成本、高效率的培养系统及培养技术是微藻生物柴油产业化中亟待解决的瓶颈问题之一。,2.绿藻光水解制氢,绿藻光水解制氢是利用绿藻体内的可逆产氢酶系光解水制氢,以太阳能为能源、以水为原料,催化效率高,能量消耗小,生产过程清洁,可以实现光能收集系统的自组织、能量的自发积累及定向快速转化,是目前国际公认的最有潜力的利用太阳能制氢方法之一。,绿藻光解水制氢系统,生物光解制氢基于两个步骤：光合作用和利用氢化酶催化制氢。光合作用：2H2O4H+4e+O2产氢：4H+4e2H2,绿藻产氢时氢酶的相关电子传递路径,叶绿体光分解水产生氢气，为光合作用,目前，一升绿藻
4、培养液每小时可以生产出3毫升氢气。研究人员认为，绿藻生产氢气的效率至少可以提高100倍，而这一点有待于技术的进一步提高。 国际能源局（ IEA）的评估报告认为可逆产氢酶间接光生物水解制氢路线为最有应用前景的方向，使该项技术受到世界各国生物制氢研究机构的特别关注。,叶绿体光分解水产生氢气，为光合作用,线粒体消耗氧气产生水，为呼吸作用,叶绿体光分解水产生氢气，为光合作用,绿藻制氢的意义,绿藻制氢具有重要的意义，因为它揭示了绿藻代谢途径、调控途径和电子转移途径的发生。而且绿藻是依赖可持续的光而生产和积累大量的氢气。绿藻制氢的长期优势是它无毒无污染，大量养殖绿藻还能得到具有附加价值的产品。 利用绿藻的
5、“光合呼吸作用两步法产氢”原理，通过“间接生物光解”法制备的氢气无毒且无污染，是非常环保的制备氢气方法。目前无论是利用基因工程对藻株的改造，外部因子对产氢过程的控制，还是反应器的优化多集中在这种方法上。,绿藻光水解制氢的技术难点,其最大的缺陷和技术难点在于产氢的同时也产生氧气，而氧气是氢化酶的强抑制剂，不仅抑制氢化酶本身，还能正向抑制氢化酶基因的表达。当环境中氧气浓度接近1.5%时，氢化酶迅速失活，立即停止放氢，因此观察到的产氢过程十分短暂，仅维持几秒到几分钟。 产氢速率不高，只有理论最大值的15% 还要不断提高产氢的连续性 光生物反应器的循环利用，减少藻类生长营养素方面技术还不够，因而绿藻制
6、氢价格昂贵，成本太高。,提高产氢速度还面临很多问题：如何提高藻类细胞内的氢化酶数量；如何提高该酶的耐氧性；如何使光合效应最大化，现在的“两步法”光利用效率太低，不到1%；绿藻循环利用会出现退化现象，不利于大规模露天培养；光合放氧，内源底物代谢以及氢化酶催化产氢之间的复杂关系没有深入研究等等。 绿藻制氢今后需要大规模发展具有优化生长环境的发酵系统，因此我们还要不断研究氢化酶的发酵原理。在绿藻制氢技术成熟可用之前，这些问题必须要去解决。,3.利用绿藻吸收工业废气,各国积极研发绿藻的另一个因素是它能够大量吸收二氧化碳化石燃料燃烧的副产品。可以让绿藻企业与排污企业直接联系，收集二氧化碳让绿藻吸收，这样
7、就能够阻止二氧化碳进一步加剧环境变化。它本身还可以用于提炼生物燃料，从而生成清洁能源，可谓一举两得。,绿藻的应用前景前途是光明的,绿藻前景无限是由于它不仅能产油制氢而且能够吸收温室气体二氧化碳。能够在非种粮地域自由生长。绿藻喜欢蚊虫聚集的沼泽地、污秽的池塘甚至废水池。虽然还没有那个国家找到大规模利用绿藻开发能源的好方法，但各国都在积极研发，竞争愈演愈烈。,美国中西部研究所于7年前开始将绿藻作为一种能源进行研究。研究所分子遗传学家罗伊-斯维格说：“绿藻的优势在于它繁殖迅速。它在那里都能繁衍，对环境的适应能力非常强，你根本不需要做太多。” 全美国的大学实验室和新兴商业公司基本都在合作攻关。产业巨头
8、埃克森美孚石油公司宣布将投入6亿美元与一家加州生物技术公司进行合作开发。科学家表示，如果研究成功，将最终找到低成本的方法，将绿藻中的油脂变成燃料并广泛用于轿车、卡车甚至喷气飞机上。,餐厨垃圾,餐厨垃圾，俗称泔脚，是人们在生活消费过程中形成的生活废物，极易腐烂变质，散发恶臭，传播细菌和病毒。餐厨垃圾主要成分包括米和面粉类食物残余、蔬菜、动植物油、肉骨等，从化学组成上，有淀粉、纤维素、蛋白质、脂类和无机盐。,餐厨垃圾的特点,餐厨垃圾是食物垃圾中最主要的一种,包括家庭、学校、食堂及餐饮行业等产生的食物加工下脚料(厨余)和食用残余(泔脚)。,厨余垃圾的主要特点是水分含量高，可达80% - 95%、有机
9、物含量丰富、盐分含量高、部分地区含辣椒、醋酸高、存在有病原菌、病原微生物，易腐烂、变质、发臭、滋生蚊，其性状和气味都会对环境卫生造成恶劣影响。,餐厨垃圾的分类,据来源不同，餐厨垃圾主要分为餐饮垃圾和厨余垃圾。 餐饮垃圾产生自饭店、食堂等餐饮业的残羹剩饭，具有产生量大、来源多、分布广的特点 餐厨垃圾主要指居民日常烹调中废弃的下脚料，数量不及餐饮垃圾庞大。,餐厨垃圾的危害,污染环境、影响市容。容易产生大量的渗滤水以及恶臭气体，滋生蚊虫，对环境卫生造成恶劣影响。 危害人体健康 可能促进某些致命疾病的传播 餐厨垃圾中堆放时产生的下渗液进入到污水处理系统，会造成有机物含量的增加，从而加重污水处理厂的负担
10、，增加运行成本,餐厨垃圾现状,产生数量多 北京市每天产生1200吨餐厨垃圾。清华大学环境系固体废物污染控制及资源化研究所的统计数据表明，中国城市每年产生餐厨垃圾不低于6000万吨。,回收情况乱 餐厨垃圾卖给私人商贩，可以赚钱 ；但由专业单位统一收运，却要交垃圾处理费。,可能重回餐桌 不法分子为牟取暴利，生产地沟油。,处理和利用方法,厌氧处理是目前来说最环保、又能创造效益的方法。由于餐厨垃圾中含有各种动物肉类，如去做饲料，同类相食极易引发口蹄疫和各种疾病；去填埋由于其含水量高容易产生大量的渗滤液而污染地下水；做肥料，生产过程中臭味四溢，影响周围环境；而厌氧处理可产生大量沼气，沼气是一种清洁的可再
11、生能源，可用于发电和做燃料，且由于系统全封闭而无异味，因此，餐厨垃圾厌氧处理是未来的发展方向。,还可利用微生物处理，即通过微生物的代谢生长活动对餐厨垃圾中的有机物进行分解和利用的过程。发酵方式主要包括固态发酵和液态发酵。固态发酵具有适应性好，蛋白消化吸收率高等优点，是再利用餐厨垃圾生产生物蛋白质饲料资源的一种重要方法。,蕴含的效益和前景,据农业部有关专家测算，餐厨垃圾内含大量的营养物质，主要成分是油脂和蛋白质,可替代玉米、鱼粉、豆粕等加工成高能蛋白优质饲料，也是制取生物柴油的适合原料。专家解释，按干物质含量计算，5000万吨餐厨垃圾相当于500万吨的优质饲料，内含的能量相当于每年1000万亩耕
12、地的能量产出量，内含的蛋白质相当于每年2000万亩大豆的蛋白质产出量。也就是说，如果我国一年产出的餐厨垃圾全部得以利用，相当于节约了1000万亩耕地。所以，餐厨垃圾具有很好的应用前景。,应用和技术难点,目前我国餐厨垃圾的收集不规范 ，垃圾中可能混有的杂质种类繁多，增加了预处理的难度。 餐厨垃圾含固率高，传统厌氧消化技术需要对物料进行大量稀释后再处理，导致消化后后沼液产量较高，增加污水处理厂的运行负荷； 我国的餐厨垃圾处理利用工艺中需要单独考虑油脂的回收工艺，废弃的油脂需要从垃圾中分离出来，再进一步的加工成可再次利用的高附加值产品，如生物柴油等。 厌氧消化产生的沼气中硫化氢含量较高，一般在20003000ppm的范围，对管路及设备腐蚀性强，传统脱硫方法成本较高。,餐厨垃圾厌氧处理利用在我国还是一个新的课题。尽管相关的理论研究已经进行了，但是实际的工程使用还处在起步阶段。而且我国餐厨垃圾的组分上又有其特殊的地方，如何针对我国的餐厨垃圾选择合适的厌氧处理工艺，仍然需要不断的研究与实践，最终找到一条合适我国的餐厨垃圾厌氧处理工艺路线。,谢谢观赏,