纤维素生物质转化制取燃料氢和燃料酒精

纤维素生物质是自然界中极为丰富的可再生资源，它包括各种农作物秸杆、林业生物质等，我国每年仅农作物秸杆就达8亿吨以上。本项目技术以各种农业和林业纤维素生物质为原料，利用分解微生物将纤维素生物质降解为可发酵性糖类物质，然后利用产氢微生物转化为燃料氢，或利用酵母转化为燃料酒精。     

生物质的抗降解性及其生物炼制中的科学问题

木质纤维素资源的化学成分和结构复杂,目前还缺少能够破坏纤维素结构稳定性的低成本技术,生物降解转化的效率还不能适应大规模工业化要求。国内这方面基础研究相对薄弱,急需针对生物质抗降解屏障与生物转化的难点,围绕其中3个关键科学问题开展研究：（1）植物生物质是如何抗生物降解的——从生物降解转化的角度深入研究这一系列抗性屏障的特性,寻求破解之道,是实现生物质高效转化的基础;（2）微生物是如何攻击植物生物质抗降解屏障的——深入研究微生物降解木质纤维素的机理、多样性以及酶系合成调控,探寻人工构建低成本且高效的复合酶系的可能途径;（3）破解抗性屏障和提高转化效率的可能途径——分子生物学和系统生物学研究的发展为生物的定向设计与改造提供了可能,通过设计和改造植物、微生物及其降解酶系,选育适于转化纤维素为大宗平台化合物的微生物,研究其代谢调控,构建代谢工程菌,研究定向转化的过程及相关产品,结合物理化学预处理技术的研究,可望集成和设计出新的木质纤维素类生物质生物转化液体燃料和化学品的综合生物炼制技术方案。     

纤维素烯料乙醇研究又添新军

众所周知，木质纤维素是地球上贮藏量丰富的可再生资源。据报道，每年地球上由光合作用生成的植物体总量达2．2×10^11吨，其中30％～40％是纤维素，内含巨大的能量，相当于6．1～8．0×10^11吨石油，     

利用基因工程改良杨木材性并提高造纸中纤维素利用效率的研究进展

木质纤维素是地球上数量最大的可再生资源,由木质素、半纤维素及纤维素三者紧密结合产生的抗降解屏障作用是纤维素能源利用的主要障碍。通过调控木质素生物合成途径关键基因的表达来降低杨树木质素含量或改变木质素成分,是提高杨木纤维素转化效率并降低转化成本的有效途径。通过选定木质素合成基因作为调控目标,运用RNAi抑制技术调控木质素的生物合成,转化获得转基因植株是一条可行的途径。同时建立并开发更合理的木质素提取方法,得到纯度得率更高的木质素,结合多维核磁共振等分析手段对转基因杨树组分的成分结构变化进行深入地解析,追踪基因工程对杨木材性的改良效果,进一步为木质纤维素高效利用以及生物质能源型杨树的遗传育种研究开拓新思路。     

纤维素燃料乙醇研究又添新军

众所周知,木质纤维素是地球上贮藏量丰富的可再生资源.据报道,每年地球上由光合作用生成的植物体总量达2.2 ×1011吨,其中30%～40%是纤维素,内含巨大的能量,相当于6.1～8.0×1011吨石油,是取之不尽的生物资源和能源.如果将如此巨大的能量全部释放出来,相当于地球上总能耗的10倍以上.因此,一旦开发出纤维素资源的有效利用方法,用以替代石油、煤炭等化石资源,对于人类来说将会是巨大的福音.     

面向新一代生物及化工产业的生物质原料炼制关键过程

木质纤维素等生物质本身是一个超分子功能体，是新一代生物及化工产业最具价值的工业通用原料。国家973计划项目“秸秆资源生态高值化关键过程的基础研究”研究团队经过为期5年的研究，建立了以秸秆为代表的生物质高效转化关键过程和技术平台。但是，要在生物质经济的全球竞争中形成优势，还需突破制约生物质成为通用原料的基础问题。本文分析了面向新一代生物及化工产业的生物质产业发展特点和亟需解决的主要问题，提出了符合生物质原料结构特点和产物功能要求的生物质原料炼制过程新思路，将生物质原料炼制思路从原料预处理．组分分离提升到选择性结构拆分，并阐明了生物质成为新一代生物及化工产业通用工业原料需要解决的关键科学问题。     

富含纤维素发酵残渣制备功能材料及其对燃料油生物脱硫的应用

以年发生量达2000万吨的富含纤维素的白酒糟为对象,研发通过热化学转化制备多孔碳材料,也即活性炭,实现其高价值利用的技术。在系统实验室研究和产业技术调研的基础上,创新性地构建了针对粉末状生物质原料,集成干燥、炭化和活化的活性炭连续生产工艺。本技术通过年处理1．5万吨白酒糟年的半工业化工程实施了中试,验证了技术可行性,装置照片如图1所示。中试结果表明,生产的白酒糟基活性炭比表面积达到200平方米／克,碘吸附值620毫克／克。     

镍促进的碳化钨催化纤维素直接转化制乙二醇

化石资源的不可再生性及其大量使用所造成的环境污染问题,使得发展可再生能源成为必然。纤维素作为自然界中最丰富的生物质资源,其催化转化制能源化学品是学术界的研究热点。本文介绍了我们关于纤维素高选择性一步转化制乙二醇新反应途径的研究。该工作以廉价的碳化钨,特别是镍促进的碳化钨为催化剂,在一定的反应温度和水相氢气氛条件下,成功实现纤维素转化率100％,乙二醇收率高达61％。乙二醇是重要的大宗能源化学品,工业生产高度依赖于石油乙烯资源。纤维素催化转化制乙二醇新反应途径的发现,开辟了一条新的利用可再生资源进行“生物炼制”的绿色路线,具有重要的学术意义和现实意义。     

基于分子调控生物合成细菌纤维素及其杂化材料的应用

随着全球经济快速发展,石化资源日益紧缺,人类对可再生资源的关注程度越来越大。纤维素作为地球上最丰富的天然高聚物,对其开发应用已成为当今研究热点之一。目前工业应用中的纤维素多来自于生物合成,而绿色植物光合作用合成的纤维素中含有木质素和半纤维素杂质,因而,工业中应用植物纤维素前,需对其进行繁杂的预处理。一些细菌也具有合成纤维素的能力,其中木醋杆菌合成纤维素的能力较强,具有大规模生产的潜力。人们为了区别于其他途径获得的纤维素,称这种由微生物合成的纤维素为细菌纤维素。细菌纤维素,由于其特有的物理、化学和生物学特性、发酵过程的可调控性及发酵底物的多样性而被世界上公认为性能优异的新型生物材料。与合成高分子材料相比,细菌纤维素所具有的环境协调性使得细菌纤维素应用的研究成为目前材料研究中较为活跃的领域之一。     

纤维素:火星生命的证据

科学家认为,如果火星生物体曾在几十亿年前出现过,任何类植物微生物都将留下一段由纤维细胞构成的丝状绒毛,纤维素可能是最理想的火星生命证据. 研究人员解释说,他们已在地球上发现类似的被称之为"纤维素"的古老绒毛.这些绒毛存在于2.5亿多年前沉积的盐块中,是迄今为止发现的年代最为久远的生物物质.在发现纤维素大约一周前,一名行星科学家宣布了在火星上发现脱水盐层的消息.纤维素的发现可进一步帮助科学家寻找外星生物或者它们过去的生物迹象.     

环境友好表面活性剂及绿色润滑油产品技术开发

以我国丰富的木本油脂、松脂、蓖麻等生物质资源为原料，针对非粮油料生物质利用过程中存在的技术瓶颈问题，开发木本油脂、蓖麻生物质资源的预处理、催化转化、深加工制备功能产品表面活性剂、能源产品蓖麻基润滑油、关键化工中间体癸二酸中间体等环境友好制备工艺。研究生物基表面活性剂制备工艺技术，创制松香双子表面活性剂、油脂基阳离子和水溶性表面活性剂、漆脂基乳化蜡及表面活性剂、稳定的水果和包装纸用乳化蜡等新产品；建立中试示范生产线。通过对示范工艺系统优化和技术集成，实现木本油脂、非粮非木质生物质蓖麻的综合利用，将为木本油脂高值利用、替代石油的蓖麻基可生物降解能源产品的产业化提供可靠的技术支撑，为我国生物基材料的发展起示范作用。     

生物质与煤共燃发电过程及相关污染物联合脱除技术研究

生物质是环境友好的重要能源资源之一,其高效利用不仅具有显著的经济社会效益,还可实现CO,零排放,是间接利用太阳能的重要手段之一。我国生物质资源丰富,生物质能源利用处于我国可再生能源发展战略的优先位置。但是,我国每年用于直接燃烧供热的生物质折合21900万吨标准煤,此能源利用方式效率低,造成能源资源的浪费同时还带来了严重的健康和环境污染问题。     

生物炼制中的科学难点——戊糖利用及其调控机制

以可再生的生物质资源替代不可再生的化石资源,实现工业原材料的根本转变,是转变经济增长模式、保障社会经济可持续发展的重大战略需求。木质纤维原料富含己糖和戊糖,而微生物戊糖代谢能力上的不足是一个共性问题。因此,解析微生物戊糖代谢及其调控过程的本质．是拓展微生物底物利用范围、提高微生物利用木质纤维原料能力的关键。本文综合概括了戊糖代谢及其调控的研究意义、国内外的研究概况、拟解决的关键科学问题以及研究方向。     

GA20ox基因过表达木材品质性状及其转基因纳米纤维素改良纸浆性能研究

赤霉素通过促进细胞分裂调控树木生长发育，但有关赤霉素对于木材品质性状影响的研究报道较少。利用木质部特异表达的糖基转移酶8D1(GT8D1)启动子驱动GA20ox基因的表达，可以改良木材品质性状和纸张性能。实验构建GT8D1启动子驱动GA20ox基因在杨树中过表达获得转基因杨树，并在温室中扦插后得到转基因株系供试。取两年生转基因植株，分析木质素、纤维素等组分含量及其木材结构变化。结果表明，在GT8D1启动子驱动下，GA20ox基因的过表达加速了杨树转基因植株赤霉素的合成，刺激了形成层细胞分裂和树木的生长，有利于转基因植株的木材物质积累。转基因株系的木质素中紫丁香基单体（S）与愈创木基单体（G）的比值显著提高。通过TEMPO氧化法制备纳米纤维素，发现转基因杨树样本的纳米纤维素直径显著增加。以漂白松木浆为基础，分别添加5%浓度的转基因和非转基因材料制备的纳米纤维素进行纸张性能测试。分析显示，与对照组相比，转基因纳米纤维素(GM-nanocellulose)纸样纸张抗拉强度和耐破强度提升显著增多。研究结论为利用现代遗传工程技术改良制浆造纸原料物理性质和化学组分，优化制浆造纸新工艺，发展绿色、低...     

天然可降解草本纤维生物提取及其新产品开发技术研究

1课题简介 伴随石油、森林和土地资源短缺及人类生活质量提高，开发非棉、非木纤维资源迫在眉睫。苎麻、红麻等草本植物是一类适宜边际土地种植并兼有改良土壤、防止水土流失功能、纤维品质好而且用途广、单位面积产量高的天然纤维资源。然而，农民收获得到的农产品（草本纤维原料）含有25％以上的果胶、半纤维素等键合型非纤维素物质，必需采用适当方法除去它们，才能提取纤维用作具有中国特色的纺织工业和现代生物质产业的基础材料。     

地球上的八次奇变

奇变一：出现生命１９亿年前地球上出现生命。塞尔维亚尼什哲学院副教授帕夫莱博士在一块１９亿年前形成的岩石中，发现了植物含有的木质素和纤维素，表明地球已有生命。奇变二：出现昆虫４．８亿年前，地球上出现了１厘米长的小昆虫。它是由日本生物学家在本州岛山脉中最古老的有机化石残片中发现的。奇变三：出现恐龙２．２５亿年前，地球上出现恐龙。美国古生物学家在亚利桑那沙漠发现这个恐龙化石。奇变四：出现猿人４０００万年前，地球上出现猿人。埃塞俄比亚的阿瓦什河岸有一具距今４００万年的古尸，经鉴定是一具猿人尸体。奇变五：…     

农林剩余物制备生物燃气关键技术研究

生物质能是理想的可再生能源,生物质气化是一种生物质能转化技术.随着我国的能源需求越来越大,能源需要与环境问题非常突出.我国具有丰富的农林生物质资源,每年农业、林业加工剩余物达8亿吨.研究开发具有国内完全自主知识产权、适合国情的农林剩余物制备生物燃气关键技术及示范装置,将生物质转化为高品位的燃气,用于集中供气、燃气供热、燃气发电等,对于缓解化石资源短缺,有效减排CO2和有害气体,改善生态环境,保证国家能源安全,实现能源可持续发展,具有十分重大的现实意义.     

与植物生理学有关的三项诺贝尔奖

与植物生理学有关的三项诺贝尔奖陆旺金植物生理学是研究植物生命活动的科学，它的主要研究对象是绿色高等植物，绿色植物的光合作用是地球上一切有机物质的源泉，人类生活所需的植物材料主要仰仗于高等植物，研究绿色植物的光合作用对物质有特殊的重要意义。植物生理学的...     

果糖基生物质生物炼制中的基础科学问题

果聚糖是继蔗糖、淀粉之后,植物中第三大储藏性碳水化合物,是果糖的天然来源。利用富含果聚糖的生物质资源,开展基于果糖平台的生物炼制,是一个充满前景并具有挑战性的课题。深入研究基于果糖基生物质生物炼制中的基础科学问题,将有助于推动果糖基生物质生物炼制产业的发展,从而对我国的能源安全、粮食安全、生态安全以及和谐社会的建立产生积极的影响。     

中国古代生物质能源的类型和利用略论

我国有着悠久的生物质能源开发利用的历史,形成了较为完整的生物质能源体系。在对生物质能源的开发利用过程中,先民们积累了丰富的能源知识,根据不同的用途合理地选择能源,通过多样化的利用形式,充分满足了古代社会生活、生产等方面的需要,为社会的发展和文明的延续提供了重要保障,是一笔值得珍视的科技文化遗产。