第23卷第9期現(xiàn)代化工sep.20032003年9月Modern Chemical Industry生物質(zhì)液化技術(shù)的研究進(jìn)展常杰中國科學(xué)院廣州能源研究所廣東廣州510070摘要生物質(zhì)液化包括生物化茡法生產(chǎn)燃料乙醇和熱化學(xué)法生產(chǎn)生物油熱化學(xué)法又可分為快速熱解液化和加壓液化。著重介紹了目前達(dá)到工業(yè)示范規(guī)模的各種快速熱解液化工藝如旋轉(zhuǎn)錐反應(yīng)器、攜帶床反應(yīng)器、循環(huán)流化床反應(yīng)器、渦旋反應(yīng)器、真空熱解陋反應(yīng)器等以及處于實(shí)驗(yàn)室階段的等離子體液化工藝。指岀循環(huán)流化床工藝具有很高的加熱和傳熱速率且處理量可以達(dá)到較高的規(guī)模是目前利用最多、液體產(chǎn)率最高的工藝。建議加強(qiáng)纖維素生物酶法糖化發(fā)酵生產(chǎn)燃料乙醇工藝的開發(fā)以及熱化學(xué)法生物油精制新工藝的開發(fā)。關(guān)鍵詞生物質(zhì)液化熱解燃料中圖分類號(hào):TK文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼文章編號(hào)m253-4320200309-0013-04Research progress in liquefaction technologies of biomassCHANG JiGuangzhou Institute of Energy Conversion, Chinese Academy of Sciences, Guangzhou 510070, ChinaAbstract: Liquefaction of biomass encompasses biochemical conversion for fuel ethanol and themochemical conversion forlo-oil which includes fast pyrolysis and high pressure liquefaction. Various fast pyrolysis processes of biomass for liquid fuelsuch as the rotating cone reactor entrained flow reactor circulating fluid bed reactor wortex reactor and vacuum hearth reactorwhich are all at the commercial demonstration stage as well as plasma jet flow reactor which is at the laboratory stage arephatically introduced, The features and problems of each process are discussed and compared. Higher velocity of the heating andheat transfer can be obtained in the circulating fluid bed process also larger amount of treating of feedstock can be easilyhieved. The circulating fluid bed process which can get the highest liquid yield among the above processes is extensively usedin the liquefaction of biomass. Liquefaction of biomass for the liquid fuel is a promising technology in China. It is therefore sug-gested that the research on and development of such new technology as the simultaneous saccharification and fermentation of cellulose to making ethanol by enzymes as well as the turning of bio-oil into higher quality fuel by thermochemical conversionshould be strengthenedKey words: biomass liquefaction i pyrolysis i fuel我國一次能源消費(fèi)量僅次于美國,為世界第二燃料有巨大的資源潛力。大能源消費(fèi)國,然而2000年進(jìn)口原油已達(dá)7000生物質(zhì)能源化技術(shù)主要包括氣化、直接燃燒發(fā)萬t。液體燃料的不足已嚴(yán)重威脅到我國的能源與電、固化成型及液化等。目前前3種技術(shù)已經(jīng)達(dá)到經(jīng)濟(jì)安全為此我國提出了大力開發(fā)新能源和可再比較成熟的商業(yè)化階段而生物質(zhì)的液化還處于研生能源、優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)的戰(zhàn)略發(fā)展規(guī)劃-2生物究、開發(fā)及示范階段4從產(chǎn)物來分生物質(zhì)液化可質(zhì)是惟一可以轉(zhuǎn)化為液體燃料的可再生能源將生分為制取液體燃料(乙醇和生物油等)和制取化學(xué)物質(zhì)轉(zhuǎn)化為液體燃料不僅能夠彌補(bǔ)化石燃料的不品。由于制取化學(xué)品需要較為復(fù)雜的產(chǎn)品分離與提足而且有助于保護(hù)生態(tài)環(huán)境。生物質(zhì)包括各種速純過V凵中國煤化工高目前國內(nèi)外還處于生的能源植物、農(nóng)業(yè)廢棄物、林業(yè)廢棄物、水生植物實(shí)驗(yàn)CNMHG對熱轉(zhuǎn)化及催化轉(zhuǎn)化以及各種有機(jī)垃圾等。我國生物質(zhì)資源豐富理論精制化學(xué)品的反應(yīng)條件、催化劑、反應(yīng)機(jī)理及精制方年產(chǎn)量為50億t左右3發(fā)展生物質(zhì)液化替代化石法等進(jìn)行了詳細(xì)報(bào)道48筆者將主要介紹生物質(zhì)收稿日期02修回日期2003-07-16作者簡介常然男搏士研究員博導(dǎo)主要從事石油煉制及生物質(zhì)能化學(xué)轉(zhuǎn)化硏究⑩0-876961 changjie@ms.ge.ac,cm。14現(xiàn)代化工第23卷第9期液化制取液體燃料的技術(shù)與硏究進(jìn)展。生物質(zhì)液化目的支持下開展了纖維素生物酶分解固態(tài)發(fā)酵糖工藝又可分為生物化學(xué)法和熱化學(xué)法。生物化學(xué)法化乙醇的研究為纖維素乙醇技術(shù)的開發(fā)奠定了基主要是指采用水解、發(fā)酵等手段將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為燃礎(chǔ)1112以美國國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室(NREL)為料乙醇。熱化學(xué)法主要包括快速熱解液化和加壓催代表的研究者近年來也進(jìn)行了大量的研究工作如化液化等。通過轉(zhuǎn)基因技術(shù)得到了能發(fā)酵五碳糖的酵母菌種,1生物化學(xué)法生產(chǎn)燃料乙醇開發(fā)了同時(shí)糖化與發(fā)酵工藝并建成了幾個(gè)具有一定規(guī)模的中試工廠但由于關(guān)鍵技術(shù)未有突破生產(chǎn)生物質(zhì)生產(chǎn)燃料乙醇的原料主要有剩余糧食成本一直居高不下13-15。纖維素制乙醇技術(shù)如果能源作物和農(nóng)作物秸稈等。利用糧食等淀粉質(zhì)原料能夠取得技術(shù)突破在未來幾十年將有很好的發(fā)展生產(chǎn)乙醇是工藝很成熟的傳統(tǒng)技術(shù)。用糧食生產(chǎn)燃前景。料乙醇雖然成本高價(jià)格上對石油燃料沒有競爭力但由于近年來我國糧食增收已囤積了大量陳化糧2熱化學(xué)法生產(chǎn)生物油燃料我國政府于2002年制定了以陳化糧生產(chǎn)燃料乙醇生物質(zhì)熱化學(xué)法液化技術(shù)根據(jù)其原理主要可分的政策將燃料乙醇按一定比例加到汽油中作為汽為快速熱解液化和加壓液化ρ種技術(shù)都已有20多車燃料已在河南和吉林兩省示范。國內(nèi)外燃料乙年的發(fā)展歷史。醇的應(yīng)用證明它能夠使發(fā)動(dòng)?xùn)i處于良好的技術(shù)狀2.1快速熱解液化態(tài)改善不良的排放有明顯的環(huán)境效益。然而我國生物質(zhì)快速熱解液化是在傳統(tǒng)裂解基礎(chǔ)上發(fā)展剩余糧食即使按大豐收時(shí)的3000萬t全部轉(zhuǎn)化為起來的一種技術(shù)相對于傳統(tǒng)裂解,它采用超高加熱乙醇來算可生產(chǎn)1000萬t乙醇也只有2000年原速率(102~10K/s)超短產(chǎn)物停留時(shí)間(0.2~3s)油缺口的1/10洏且隨著中國人口的持續(xù)增長糧及適中的裂解溫度使生物質(zhì)中的有機(jī)高聚物分子食很難出現(xiàn)大量剩余。因此陳化糧是一種不可靠在隔絕空氣的條件下迅速斷裂為短鏈分子使焦炭的能源2。和產(chǎn)物氣降到最低限度隊(duì)從而最大限度獲得液體產(chǎn)美國和巴西分別用本國生產(chǎn)的玉米和甘蔗大量品。這種液體產(chǎn)品被稱為生物油bio-oil)為棕黑色生產(chǎn)乙醇作為車用燃料。從1975年以來巴西為擺黏性液體熱值達(dá)20~22M/kg可直接作為燃料使脫對石油的依賴開展了世界最大規(guī)模旳燃料乙醇用也可經(jīng)精制成為化石燃料的替代物。因此隨著開發(fā)計(jì)劃,到1991年燃料乙醇產(chǎn)量已達(dá)130億L?；剂腺Y源的逐漸減少生物質(zhì)快速熱解液化的美國自1991年以來,為維持每年50億L的玉米制研究在國際上引起了廣泛的興趣。自1980年以來,乙醇產(chǎn)量,政府每年要付出7億美元的巨額補(bǔ)生物質(zhì)快速熱解技術(shù)取得了很大進(jìn)展成為最有開貼2-38為彌補(bǔ)糧食的不足許多國家開展了甜發(fā)潛力的生物質(zhì)液化技術(shù)之一。國際能源署組織了高粱及木薯制乙醇工藝的研究與開發(fā),比如我國美國、加拿大、芬蘭、意大利、瑞典、英國等國家的10十五"國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃863″計(jì)劃)中標(biāo)多個(gè)研究小組進(jìn)行了10余年的研發(fā)工作重點(diǎn)對該課題甜高粱制取乙醇”的實(shí)施將建立工業(yè)化中試過程的發(fā)展?jié)摿?、技術(shù)經(jīng)濟(jì)可行性以及參與國之間示范工程為生物質(zhì)轉(zhuǎn)化液體燃料提供技術(shù)支撐9。的技術(shù)交流進(jìn)行了調(diào)研認(rèn)為生物質(zhì)快速熱解技術(shù)從原料供給及社會(huì)經(jīng)濟(jì)環(huán)境效益來看用含纖比其他技術(shù)可獲得更多的能源和更大的效益6維素較高的農(nóng)林廢棄物生產(chǎn)乙醇是比較理想的工藝世界各國通過反應(yīng)器的設(shè)計(jì)、制造及工藝條件路線。生物質(zhì)制燃料乙醇即把木質(zhì)纖維素水解制取的控制開發(fā)了各種類型的快速熱解工藝。幾種有葡萄糖然后將葡萄糖發(fā)酵生成燃料乙醇的技術(shù)。代表性的工藝介紹如下δ-2】,各裝置的規(guī)模、液體纖維素水解只有在催化劑存在的情況下才能顯著地產(chǎn)率等參數(shù)列于表1各工藝的示意圖參見文進(jìn)行。常用的催化劑是無機(jī)酸和纖維素酶由此分中國煤化工別形成了酸水解工藝和酶水解工藝。我國在這方面CNMHG的旋轉(zhuǎn)錐式反應(yīng)工藝開展了許多研究工作,比如華東理工大學(xué)開展了以( Twente rotating cone process)不用載氣不僅大大減稀鹽酸和氯化亞鐵為催化劑的水解工藝及水解產(chǎn)物少了裝置體積而且減輕了冷凝器負(fù)荷液化效率較葡萄糖與木糖同時(shí)發(fā)酵旳硏究,轉(zhuǎn)化率在η0%以高髙。生物質(zhì)顆粒與惰性熱載體一起加入旋轉(zhuǎn)錐底上。中國袢院過程工程研究所在國家攻關(guān)項(xiàng)部在沿錐壁螺旋上升過程中發(fā)生快速熱解反應(yīng)但2003年9月常杰生物質(zhì)液化技術(shù)的研究進(jìn)展15其最大的缺點(diǎn)是生產(chǎn)規(guī)模小,能耗較高16-1我625℃時(shí)液體產(chǎn)率可達(dá)55%18241國的沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)1995年從荷蘭BTG集團(tuán)引進(jìn)了(5與其他幾種常壓操作的反應(yīng)器不同加拿大1套規(guī)模為10kg/h的裝置,以德國松木粉為原料aal大學(xué)開發(fā)的多層真空熱解磨反應(yīng)器( multiple在600℃C、進(jìn)料速率34.8kgh的條件下液體產(chǎn)率 hearth reactor測是在1kPa的負(fù)壓下操作的反應(yīng)原為586%18料由頂部加入,床頂層溫度為200℃,底層溫度表16種快速熱解裝置典型試驗(yàn)結(jié)果比較400℃由于熱解蒸汽停留時(shí)間很短大大減少了二裝置Twente GIr Ensyn GIEC NREL Laval次裂解當(dāng)木屑加入量為30kg/h時(shí)液體產(chǎn)率為規(guī)模/kgh-165065%。其缺點(diǎn)是需要大功率的真空泵價(jià)格高、能耗顆粒直徑/mm20.50.20.4大放大困難溫度/℃總之在上述生物質(zhì)快速裂解技術(shù)中使用循環(huán)600500550500流化床工藝的最多而且評價(jià)也很高。該工藝具有常壓常壓常壓常壓常壓減壓很高的加熱和傳熱速率,且處理規(guī)模較高,目前來蒸汽停留時(shí)間/s0.51.00.41.51.03.0看該工藝獲得的液體產(chǎn)率最高。熱等離子體快速液體質(zhì)量產(chǎn)率/%熱解液化是最近出現(xiàn)的生物質(zhì)液化新方法,它采用含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%252916熱等離子體加熱生物質(zhì)顆粒使其快速升溫然后迅高位熱值/MJkg-11724192021速分離、冷凝得到液體產(chǎn)物我國的山東工程學(xué)院開展了這方面的試驗(yàn)研究261(2渼國 Georgia工學(xué)院T)發(fā)的攜帶床反雖然歐美等發(fā)達(dá)國家在生物質(zhì)快速裂解的工業(yè)應(yīng)器 entrained flow reactor),以丙烷和空氣按照化學(xué)化方面研究較多但生物質(zhì)快速熱解液化理論研究計(jì)量比引入反應(yīng)管下部的燃燒區(qū)高溫燃燒氣將生始終嚴(yán)重滯后在很大程度上制約了該技術(shù)水平的物質(zhì)快速加熱分解,當(dāng)進(jìn)料量為15kg/h反應(yīng)溫度提高與發(fā)展。在生物質(zhì)熱解機(jī)理研究方面,目前國745℃時(shí)可得到58%的液體產(chǎn)物但需要大量高溫內(nèi)外對其主要組分——纖維素的熱解模型已進(jìn)行了燃燒氣并產(chǎn)生大量低熱值的不凝氣是該裝置的缺較深入的研究并取得許多研究成果-。但對點(diǎn)這一缺點(diǎn)限制了其使用9-20其他主要組分——半纖維素和木質(zhì)素的熱解模型的(3加拿大EnswⅦ工程師協(xié)會(huì)開發(fā)研制的循環(huán)研究還十分欠缺對其過程機(jī)理還缺乏深入的認(rèn)識(shí)流化床工藝 circulating fluid bed reactor在意大利的現(xiàn)有的各種簡化熱解動(dòng)力學(xué)模型還遠(yuǎn)未能全面描Bastardo建成了650kg/h規(guī)模的示范裝置在反應(yīng)溫?zé)峤膺^程中各種產(chǎn)物的生成離指導(dǎo)工程實(shí)際應(yīng)用度550℃時(shí)以楊木粉作為原料可產(chǎn)生65%的液體還有相當(dāng)?shù)木嚯x。這是由于生物質(zhì)本身的組成、結(jié)產(chǎn)品。該裝置的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備小巧氣相停留時(shí)間短,構(gòu)和性質(zhì)非常復(fù)雜而生物質(zhì)的快速熱解更是一個(gè)防止熱解蒸汽的二次裂解從而獲得較高的液體產(chǎn)異常復(fù)雜的反應(yīng)過程涉及許多的物理與化學(xué)過程率。但其主要缺點(diǎn)是需要載氣對設(shè)備內(nèi)的熱載體及及其相互影響。因此,建立一個(gè)比較完善和合理的生物質(zhì)進(jìn)行流化。Enm也在芬蘭安裝了20kg/h物理、數(shù)學(xué)模型來定性、定量地描述生物質(zhì)的快速熱的小規(guī)模裝置21-2】加拿大的 Waterloo大學(xué)開發(fā)解過程將是未來熱解液化機(jī)理研究的主要目標(biāo)。了近似的閃速熱解工WPP)裝置規(guī)模為5~25022加壓液化kg/h液體產(chǎn)率可達(dá)75%162。我國的中國科學(xué)院生物質(zhì)加壓液化是在較高壓力下的熱轉(zhuǎn)化過廣州能源硏究所G歴C灺也自主研制了生物質(zhì)循環(huán)程溫度一般低于快速熱解。該法始于20世紀(jì)60流化床液化小型裝置以石英砂作為循環(huán)介質(zhì)木粉年代,當(dāng)時(shí)美國的 Appell等人將木片、木屑放入進(jìn)料速率為5kg/h,反應(yīng)溫度500℃左右,可獲得Na2CO3溶液中用CO加壓至28MPa,使原料在63%的液體產(chǎn)率23350V山凵中國煤化工50%的液體產(chǎn)物這(4)美國國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室(NREL開發(fā)了就是CNMHG來,人們不斷嘗試采渦旋反應(yīng)器( vortex reactor),反應(yīng)管長0.7m,管徑用H2加壓使用溶劑如四氫萘、醇、酮等)催化劑0.13m生物質(zhì)顆粒由氮?dú)饧铀俚?200m/s由切線(如Co-MoNi-Mo系加氫催化劑)等手段,使液體進(jìn)入反應(yīng)管在管壁產(chǎn)生一層生物油并被迅速蒸發(fā)。產(chǎn)率大幅度提高甚至可以達(dá)80%以上液體產(chǎn)物目前建成的蕞頭頰模的裝置為20kgh在管壁溫度的高位熱值可達(dá)25-30M/kg顯高于快速熱解現(xiàn)代化工第23卷第9期液化見表1)我國的華東理工大學(xué)在這方面做了能源需求。因此發(fā)展生物質(zhì)液化技術(shù)在我國有著不少研究工作取得了一定的研究成果-3超廣闊的前景。臨界液化是利用超臨界流體良好旳滲透能力、溶解對采用纖維素生物酶法的同時(shí)糖化與發(fā)酵工藝能力和傳遞特性而進(jìn)行的生物質(zhì)液化最近歐美等的關(guān)鍵問題進(jìn)行攻關(guān)是今后用生物質(zhì)生產(chǎn)燃料乙國正積極開展這方面的研究工作3與快速熱解醇的發(fā)展方向,一旦取得技術(shù)經(jīng)濟(jì)突破將會(huì)帶來生液化相比目前加壓液化還處于實(shí)驗(yàn)室階段但其反物質(zhì)燃料乙醇的大發(fā)展。應(yīng)條件相對溫和對設(shè)備要求不很苛刻因而在規(guī)模我國在生物質(zhì)快速熱解液化及加壓液化方面的化開發(fā)上有很大潛力研究工作還很少與國際先進(jìn)水平有較大差距需要2.3生物質(zhì)液化產(chǎn)物的性質(zhì)及應(yīng)用加強(qiáng)此項(xiàng)研究特別是反應(yīng)杋理及其數(shù)學(xué)模型的研生物質(zhì)液化有氣、液、固3種產(chǎn)物氣體主要由究。開發(fā)生物油精制與品位提升新工藝以及降低生l2、CO、CO2、CH及C2-4烴組成可作為燃料氣涸產(chǎn)成本是生物質(zhì)熱化學(xué)法液化進(jìn)一步發(fā)展及提高體主要是焦炭可作為固體燃料使用作為主要產(chǎn)品與化石燃料競爭力的關(guān)鍵。的液體產(chǎn)物被稱為生物油有較強(qiáng)的酸性組成復(fù)參考文獻(xiàn)雜以碳、氫、氧元素為主,成分多達(dá)幾百種3。從組成上看生物油是水、焦及含氧有機(jī)化合物等組成[1]閻長樂.中國能源發(fā)展報(bào)告20M]北京沖中國計(jì)量出版社的一種不穩(wěn)定混合物,包括有機(jī)酸、醛、酯、縮醛、半2001.15[2]倪維斗靳暉李政[J]科技導(dǎo)報(bào)2001(12)9-12縮醛、醇、烯烴、芳烴、酚類、蛋白質(zhì)、含硫化合物等,[3]袁振宏李學(xué)鳳藺國芬我國生物質(zhì)能技術(shù)產(chǎn)業(yè)化基礎(chǔ)的研究實(shí)際上生物油的構(gòu)成是裂解原料、裂解技術(shù)、除焦[A]吳創(chuàng)之袁振宏.2002中國生物質(zhì)能技術(shù)研討會(huì)論文集系統(tǒng)、冷凝系統(tǒng)和儲(chǔ)存條件等因素的復(fù)雜函數(shù)3υC]南京太陽能學(xué)會(huì)生物質(zhì)能專業(yè)委員會(huì)2002.1-18生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為液體后能量密度大大提高可直4]何方王華金會(huì)心[J]能源工程1999(5)4-17[5]李文[J]新能源19971%10)22-28接作為燃料用于內(nèi)燃機(jī)熱效率是直接燃燒的4倍[6]Kloprise B Hodek W, Bandermann F [J ]. Fuel 19906(4 )448-以上。但是,由于生物油含氧量高(質(zhì)量分?jǐn)?shù)約35%)因而穩(wěn)定性比化石燃料差而且腐蝕性較強(qiáng)[7 ]Amen-Chen C, Parkdel H Roy C [J. Bioresource Technology ,2001因而限制了其作為燃料使用。雖然通過加氫精制可793)277-299以除去O并調(diào)整C、H比例得到汽油及柴油但此[8 Chomet E, Overent R P. Biomass liquefaction :an overview[ A ].In過程將產(chǎn)生大量水而且因裂解油成分復(fù)雜雜質(zhì)含Overrnd R P. Fundamentals of thermochemical biomass conversion[ M]Essex : Elsevier 1985. 967-1002量高容易造成催化劑失活成本較高因而降低了[9]王孟杰綠色油田——生物能燃料乙醇商業(yè)化前景A]吳創(chuàng)生物質(zhì)裂解油與化石燃料的競爭力。這也是長期以之袁振宏.2002中國生物質(zhì)能技術(shù)研討會(huì)論文集C]南京太來沒有很好解決的技術(shù)難題。生物油提取高價(jià)化學(xué)陽能學(xué)會(huì)生物質(zhì)能專業(yè)委員會(huì)2002.24-29品的研究雖然也有報(bào)道但也因技術(shù)成本較高而缺10]顏涌捷[J]太陽能學(xué)報(bào)1999201)55-58[11]陳洪章李佐虎[J]大自然探討199918(4)51-55乏競爭力7[12]陳洪章李佐虎.[J]無錫輕工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),999,185):783結(jié)論與建議13 ] Cook J, Beyea J. J]. Biomass and Bioenergy 2000 186)441-455隨著化石燃料資源的逐漸減少生物質(zhì)液化的141 McKendry P[ J I Bioresource Technolog2008x1)7-5s4研究在國際上引起了廣泛的興趣。經(jīng)過近30年的15 Mielenz JR[J]. Renewable Energy 1997,1(2-3)279-284研究與開發(fā)車用燃料乙醇的生產(chǎn)已實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化快[16]郭艷王垚魏飛等[J].化工進(jìn)展2001208)13-17[17]吳創(chuàng)之陰秀麗[J]新能源A999I3)30-35速熱解液化已達(dá)到工業(yè)示范階段加壓液化還處于[18]徐保江李美玲曾忠[J]環(huán)境過程工程99,15)π1-74.實(shí)驗(yàn)室研究階段。我國生物質(zhì)資源豐富每年可利[19]TH中國煤化工工程學(xué)院學(xué)報(bào),1999,3(3用的資源量達(dá)50億t僅農(nóng)作物秸稈就有7億t但CNMHG目前大部分作為廢棄物沒有合理利用,造成資源浪費(fèi)和環(huán)境污染。如果將其中的50%采用生物質(zhì)液viewpoin[ A ] In: Soltes E J, Milne T A. ACS symposium series 376Pyrolysis oils from biomass producing analyzing and upgrading]化技術(shù)轉(zhuǎn)化為燃料乙醇和生物油,可以得到相當(dāng)于Washington D C American Chemical Society 15億-10份內(nèi)被舶液體燃料能夠基本滿足我國的(下轉(zhuǎn)第18頁)現(xiàn)代化工第23卷第9期術(shù)研究取得了長足進(jìn)展2-4菌比厭氧細(xì)菌產(chǎn)氫效率高的主要原因。產(chǎn)氬所需要太陽能制氫是一條理想制氫途徑。太陽毎年輻的還原力來自有機(jī)物的氧化代謝最終由細(xì)胞內(nèi)還射的能量可達(dá)5.7×1034J相當(dāng)于人類每年消耗總原性鐵氧還蛋白( reduced ferredoxin,Fred)平所決能量的1萬多倍是一種豐富的可再生能源但太陽定所以光合放氬活性的高低與 Fred水平有直接能到達(dá)地表的能量密度低僅有1kW/m2且存在間關(guān)系7-9。產(chǎn)氫過程看似簡單但它涉及光合、固氮歇性因而低密度太陽能的收集便成為限制太陽能和有機(jī)物碳代謝等過程。目前我們只知道其功能上利用的第一瓶頸。而光合生物卻能克服這一障礙的大體銜接而對其每一反應(yīng)步驟和結(jié)構(gòu)與功能的因?yàn)樗鼈儗饽艿睦鄯e是伴隨其生長而自發(fā)進(jìn)行關(guān)系還知之甚少。與光伏電池等太陽能收集器相比,設(shè)備簡單成本1988年,德國J. Deisenhofer、H. Michel和R.低技術(shù)簡單易行。綠藻和藍(lán)細(xì)菌可光裂解水產(chǎn)氫Huber用ⅹ射線晶體衍射法測定了光合細(xì)菌但光產(chǎn)氫過程伴隨有O2的釋放所以工藝中必須解 rhodopseudomonas viridis光反應(yīng)中心組成。近年來超決產(chǎn)物和O2的分離以及氫酶對O2的敏感性問快速時(shí)間分辨光譜技術(shù)的滲入使光合細(xì)菌原初反題。光合細(xì)菌只含有光合色素系統(tǒng)I電子供體或應(yīng)的微觀動(dòng)力學(xué)研究取得了很大進(jìn)展o。這里以氫供體是有機(jī)物或還原態(tài)硫化物因此光合作用不球形紅桿菌( Rhodobacter sphaeroides)為模型,著重介產(chǎn)生O2故工藝簡單。最引人注目之處是它可利用紹近年來光合細(xì)菌原初反應(yīng)新研究成果以及與之有太陽能降解轉(zhuǎn)化有機(jī)物或有機(jī)污染物生產(chǎn)氫能且關(guān)的光合固氮產(chǎn)氫過程。副產(chǎn)物可進(jìn)一步開發(fā)為諸如生物可降解塑料等高值光合細(xì)菌光合機(jī)構(gòu)的核心是色素蛋白復(fù)合體化產(chǎn)品51不會(huì)造成二次污染被認(rèn)為是21世紀(jì)最它包括捕光色素蛋白復(fù)合體(IH1和IHⅡ)以及反具潛在競爭力的氫能生產(chǎn)技術(shù)之一。應(yīng)中心蛋白復(fù)合體(RC)LHI和LHⅡ主要進(jìn)行光1光合放氫和黑暗產(chǎn)氫機(jī)制能的吸收和傳遞而RC是光能轉(zhuǎn)化的最重要反應(yīng)場所它包括直接參與電荷分離和電子傳遞的組分,1949年Gest在 Science"上首次報(bào)道光合細(xì)菌均位于光合內(nèi)膜上是由固定在RC多肽上的2個(gè)在光照厭氧條件下可產(chǎn)生分子氫6之后大量的生細(xì)菌葉綠素a雙分子(P3原初電子供體)2個(gè)輔理生化研究揭示出分子氬是光裂解有機(jī)酸所致是助細(xì)菌葉綠素a分子(ABch2個(gè)細(xì)菌脫鎂葉綠素與光合磷酸化偶聯(lián)的固氮酶的放氫作用。固氮放氫a分子(Bphe原初電子受體λ初級(jí)醌電子受體Q灬必須提供三磷酸腺苷ATP)和細(xì)胞還原力( cell re-次級(jí)醌電子受體QB和1個(gè)非血紅素鐵分子組成這ducing equivalents)因ATP來自光合磷酸化故固些組分左右對稱排列成2條電子傳遞鏈具有準(zhǔn)C2氮放氬所需要的能量來源不受限制這也是光合細(xì)對稱性結(jié)構(gòu)但只有一支具有光化學(xué)活性+++*++2+4+0++++++++++0+2心(上接第16頁27 J Demirbas A [J ]. Energy Conversion& Management 200041(6)21 Meier D,Faix O[J]. Bioresource Technology 1999 6871-7722 ]Graham R G Freel B A. Rapid thermal processing( RTP ) Biomass fast [28 ]Orfao JJM, Antunes F JA Figueiredo J L pet alL 1. Fuel 1999 778pyrolysis overview[ A ]. In Hogan E robert J Grassi g , et al. Biomassprocessing M ] Newbury UK CPL Press 1992 52-6329]劉乃安范維澄林其釗等[J]科學(xué)通報(bào)2001A6(10)876[23]戴先文,吳創(chuàng)之,周肇秋,等.[J]太陽能學(xué)報(bào),2001,22(2)[30]孔曉英武書彬唐愛民簿[J]造紙科學(xué)與技術(shù)200120(5)[24 ]Diebold J P Scahill J W. Improvements in the vortex rector desig A[3I]顏涌捷任錚偉,白魯剛等.[J]華北電力大學(xué)學(xué)報(bào),20002In Bridgwater A V, Boocock DG B Developments in thermochemical增刊)51-55biomass conversion[ M ] Glasgow: Blackie Academic and Professional[32]顏涌捷任錚偉[J]太陽能學(xué)報(bào)』9998特刊)77(vol.1/2),997,242-252[33][25 Roy C Lemieux r de Caumia b ,et al. Processing of wood chips in aH中國煤化工&Mmgm,99.9x7)semi-continuous multiple hearth vacuum pyrolysis reactor A ] In Soltes[34]CNMHGJ]. 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