生物工程在新型能源中的应用

吕歌

摘 要 新能源的主要特征是洁净并且可再生。新型能源是未来能源产业发展的重要方向。生物能源作为一种新兴的技术，对能源产业的发展有举足轻重的作用。本文着重说明生物工程和新型能源之间的链接，以及研究生物工程对人类在能源探索领域的促进作用。

关键词 生物工程 新型能源

中图分类号：F206 文献标识码：A

Application of Biological Engineering in New Energy

LV Ge

(Hubei University of Technology, Wuhan, Hubei 430068)

Abstract The main features of the new energy is clean and renewable. The new energy is an important direction for future development of energy industry. Bio-energy as a new technology, the development of the energy industry has a pivotal role. This article highlights the link between the bio-engineering and new energy, and study the role of biological engineering in promoting human energy exploration.

Key words biological engineering; new energy

1 什么是生物工程？什么是新型能源？

生物工程是上世纪70年代兴起的一门具综合型和应用型一体的学科，到了90年代才诞生了系统性的生物工程。现代生物技术主要是指对生物体进行基于个体、细胞甚至分子水平上通过技术手段根据我们的目的，进行设计和操作，从而达到设计期望的目的。这其中包括发酵工程、酶工程、细胞工程和基因工程。尤其是基因工程发展潜力加大。目前设计的生物工程技术将会为人类解决诸如环境、粮食等问题。

新型能源是指通过新技术进行开发的可以再生的能源。目前常见的包括太阳能、水能、潮汐能等，还有常见的甲醇、酒精等也是属于新型能源的范畴。随着石油、煤炭等不可再生常规能源的消耗和在使用过程中对环境的破坏，对新型能源的研究将得到各国的加倍重视。使用新型能源已经成为了新时代的能源总趋势。

2 为什么要开发新型能源？为什么要将生物工程应用到新型能源的开发？

石油、煤炭等能源都是不可再生资源，用一点就少一点，这就造成了燃料成本的不断提高，这样显然会影响到社会发展，而现代的社会对石油和煤炭能源的依赖又是有目共睹的；同时，石油煤炭等能源的使用过程中会对环境造成严重的破坏，这加剧了全齐变暖的趋势，种种迹象表明，研究出来一种可以代替石油、煤炭的能源迫在眉睫。

根据多年的实验室经验，从牧草、农业废物和其他非食品植物的纤维素物质中提取的液态燃料，是最有潜力用来代替石油的。

现在，主流的生物燃料是乙醇。但是仅仅是适用于汽油发动机，而无法满足航空用油和柴油机用油的需求。同时，大量使用乙醇也会对油罐、输油管道造成腐蚀，所以一种新型的高级燃料呼之欲出。

有研究表明对酵母菌和大肠杆菌的基因进行修改后，经过一系列的反映可以制造出没药烷。通过科学家们对没药烷的研究和性能测试，可以看出没药烷具有高级能源的潜能。

这是一个很具有标志性的通过生物工程研究新型能源的案例，这样一个案例也充分说明了生物工程将对新型能源的开发和利用起到关键的作用。

3 生物工程在新型能源中的发展前景

3.1 氢能

3.1.1 发展新型燃料电池

使用氢、甲烷等制造的燃料电池在使用过程中，直接和氧气发成反应，产生电能。特点是能源转化率高，污染低。这是使用比较普遍的一种能源利用方式。传统的氢气的采集方法主要有水电揭发制氢、太阳能制氢和天然气或者工业尾气分离制氢。新型的生物制氢目前正在一步步的走向成熟。最近的统计数据显示，90%的制氢工业是使用如天然气等天然碳氢化合物分离提取的方法；这样的制氢方法压迫消耗大量的矿物资源，这不能从根本上解决能源缺乏的问题。而利用秸秆等生物质进行制氢则是颇有前景的方法。目前为止，生物制氢一般会使用的微生物哟蓝绿藻、细菌、光合菌等。目前研究最多的就是蓝细菌，但是他本身有弊端，就是在放氢的同时，伴随氧的释放，氢酶易失活。光合细菌可利用光合作用将太阳能转化从氢能，这个从理论上是最理想的制氢途径。

3.1.2 开发军民两用的生物能源

现在，不论是民用汽车交通运输工具还是兵用机动装备，都是用柴油、汽油为燃料，这样的话如果是将氢能最为燃料那将是一个大大的进步。这样说是因为氢能作为燃料，有其自身的优势。首先，氢能的释放过程是纯净的，（下转第250页）（上接第198页）不会污染环境；其次氢能的热效率极高，甚至是汽油的三倍；最有生物制氢有极大的潜力。

3.1.3 充分利用有机垃圾或有机废水为原料生产氢能源

生活垃圾的处理困扰着人类，造成的环境问题也是不容忽视的。经过研发，用生活垃圾为原料制取氢气具有极大的开发潜力。这种方法产氢率很高。经过实验可得出结论，每一公斤生活垃圾可以获取49升的氢气，产氢后的残渣，是无臭味的糊状物体，依然有成为农田有机肥料的价值。这样一个工艺有下几个特点：①制氢系统运行稳定；②获取氢气的纯度较高；③可持续产氢；④未采用纯菌种。

3.1.4 微型绿藻是索取氢能的最廉价途径

微型绿藻是一种低能植物，具有分布广、繁殖快的特点。它只要是在满足水、光照的条件下就可以制造氢气。经过试验可以发现，人工控制可以使绿藻按照要求生产出氢气。使用这种方法，要注意两点：首先，通过细胞固定化技术，存在提高微型绿藻产生氢气的持续能力；第二，通过基因工程技术，可以使微型绿藻生产氢气的能力有大幅度的提高。这是一种最廉价的制氢途径。

3.2 以CO2废气为原料开发新能源

CO2是造成温室效应等环境问题的主要原因。所谓温室效应，是指由于地球表面气温升高的现象。工业发展过程中燃烧太多的石油、煤炭和天然气，这过程中释放出来的大量CO2进入大气，而CO2又有吸热和隔热的功能，这就像是在大气中形成了一层玻璃罩，使得地球表面的热量不能回到外层空间，所以地球表面的温度就上升了。

从另外一个角度来讲，CO2又是一种化工原料。我们可以采用生物方法通过化学反映将其变成能源。现在较普遍的方式是这样的：利用藻类植物，特别是单细胞藻类（无论是真核或原核），在光照条件下它们可以进行光合作用将CO2吸收，同时将太阳能储存起来，这样藻类植物就成了一个巨大的能量库。

3.3 微生物发酵备制酒精

乙醇是又一种无污染的清洁能源，也是一种重要的再生能源。它有着无污染、效率高、燃烧完全的特点。现在可以用到的就是用乙醇稀释汽油，从而代替铅汽油，这样功效提高了15%左右，同时这样还较少了污染。现在常用的制取乙醇方法有两种，一是用废弃农业秸秆生产乙醇，二是用绿藻生产。在我国，有大量的废弃农作物秸秆，我们有能力也有技术将其转化成能源。同时这样的成本也低于使用粮食发酵乙醇。使用绿藻备制乙醇，也是很有潜力的。在光照条件下，它将CO2转化为淀粉贮藏，在无光活弱光条件下将淀粉转化为乙醇。这样既不会造成环境污染，又能够吸收造成温室效应的CO2。

4 结束语

随着石油、煤炭、天然气等不可再生资源的迅速减少，能源问题已经成了社会发展的一道坎。能否找到可以代替石油等常规能源的新型能源已经成为我们人类社会继续发展的关键。我们现在所知道的以可再生资源生产的生物柴油、氢气和燃料酒精等，具有清洁、高效的特点。我们可以抓住这样一个思路，沿着这样一条路走下去。随着生物技术的不断发展，木聚糖酶、纤维素酶等关键酶有了极大突破，这标志着我们通过纤维素发酵备制酒精的目标将要实现了。我国可以以丰富的动物油脂、植物油脂资源为依托，大力发展生物技术备制新能源。还有饭店产生的煎炸油，也是一种丰富的原料，还可以解决地沟油的问题。生物工程应用到新能源开发技术已经有了一个清晰的思路，但是如果要投入到工业化大规模生产，还是有一个关键性问题亟待解决。

参考文献

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[3] 杨艳,卢滇楠,李春[J].化工进展,2002.21(5).