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能源发电未来或呈多元格局
kejidaobao 2011-4-7 16:08
本刊记者/李 娜 日本福岛核事故为各国敲响警钟,各国纷纷进行核电安全检查并审慎考虑各自的核电发展计划。核电事故固然带来巨大损失和深远影响,但是或许会对今后能源发电的格局产成一定影响,可再生能源的角色定位被再次放大。 可再生能源争取发展机遇   可再生能源是指具有自我恢复原有特性,并可持续利用的一次能源。包括太阳能、水能、生物质能、氢能、风能、波浪能以及海洋表面与深层之间的热循环等。因具有清洁性、可再生性等多种优势,可再生能源的发展一直受到各国支持,但是由于存在技术瓶颈、投入高、推广难等各种因素一直没有得到较大的发展。此次核事故的冲击,使得可再生能源的发展需求再次显露出来。   福岛事件后,中国政府国务院召开常务会议,提出全面审查在建核电站,要用最先进的标准对所有在建核电站进行安全评估,存在隐患的要坚决整改,不符合安全标准的要立即停止建设;严格审批新上核电项目;抓紧编制核安全规划,调整完善核电发展中长期规划,核安全规划批准前,暂停审批核电项目包括开展前期工作的项目。中国核电发展显然会受到影响,也会间接影响中国“十二五”期间的碳减排指标,不过影响程度目前难以判定。   对此,中国可再生能源学会副理事长孟宪淦公开提出,如果国家核能发展受到影响,原定的核电规划指标不能完成,则可以加快水电、风电、太阳能等可再生能源建设,来弥补非化石能源发展的滞后,以实现“十二五”的碳减排指标。 而美国福尼亚的立法机关近期则通过一项法案,正式将33%的可再生能源配额标准写进法律。该地可再生能源配额标准最初设立是到2010年达到20%。 可再生能源受重视程度在福岛核事件之后在个别地方显现出来。据2011年3月26日《环球时报》报道,德国近期改选可再生能源电力的用户猛增。仅3月16日一天,德国环保电力主要企业之一德国生态电力公司新签约1400个,这个数字比3月初日均签约量的10倍还多。 发展瓶颈难突破 虽然优势独特,但可再生能源的发展也面临诸多问题。 中国核工业研究所研究员鲍云樵在接受媒体采访时指出了风电和太阳能发电的劣势。首先是风电的局限性:一是风电不像火电或核电那样稳定;二是风力发电受时间限制,用电高峰时如果没有风就产生不了电能,而非用电高峰时如果大风来了,触电能力却不够,就会对电网冲击较大;三是风电面临入网困难的问题,如果风电多了面对电网扰动增加,电网稳定性也会受到一定影响。风电发展过多,也会产生空气扰动等问题。 而太阳能发电的缺点则在于造价昂贵。首先,太阳能的能量密度很低,光电板不可能把整个城市遮挡起来。第二,有些国家的技术还难以达到发达国家那样,把玻璃窗贴上太阳能发电薄膜。第三,光电板造价较高,用太阳能发出的电,要比传统能源发出的电贵得多。另外,太阳能也有一定污染,在制造太阳能光电板的过程中,电镀、多晶硅的生产都会向环境排放有害物质。 风能和太阳能的发展限制在日本体现得非常明显。日本作为岛国,建设风力发电站必须承受台风的影响,成本就会增加。日本普及太阳能的最大障碍是蓄电池的储电量不够大,家庭安装太阳能电池成本太高。 此外,潮汐能、海浪能也存在其本身的弊端。潮汐能是从海水每天有规律的涨落中获得能量。波浪能是由风能和海平面相互作用形成的动能,这两种能源都需要一个大前提,那就是有较长的海岸线和丰富的领水资源,英伦三岛的地理条件非常符合要求,但是目前仍存有阻碍因素:项目从研发到产生商业效益的周期长、设施建设成本比较高、维护保养投入大等,加之人们对新技术的不信任等都影响它们的使用广泛性。 能源发电或将形成多元格局 据资料显示,目前全球各种能源发电的大概比率是石油发电36%,煤炭发电26%,天然气发电23%,水电和核电6%,其余就是太阳能、风能、地热能、潮汐能、波浪能等可再生能源。除了传统能源,近年核电发展迅速,然而福岛事件使核电发展不得不放缓脚步,可再生能源优势凸显。未来可再生能源发电能和核能发电形成竞争局面吗? 鲍云樵认为,从目前来看,核能还是未来的“发电大户”,如果将来解决了受控核聚变发电的关键技术问题,就不会产生污染,而且还能利用海水中的氘和地球上存在的锂来发电,这两种元素的储量十分丰富。鲍云樵接受《环球时报》时指出,今后的能源发电必然是多元化、多能互补的结构。哪种能源发展较快,要取决于其在经济和环境方面的竞争力有多大。 美国《大众科学》网站3月27日报道的最新消息或许预示着今后能源发电的多元结构局面。美国麻省理工学院的Daniel Nocera博士领导的研究团队成功研制出了一种性能稳定的可以发电的人工树叶。这片人工树叶与天然树叶的吸收和代谢系统一样,但是是由硅、电子装置和各种能够促进装置内化学反应的催化剂制成,利用阳光将水分解为氢和氧,进而用这些氢和氧在隔开的燃料电池中发电。据悉,将这片树叶置于阳光下的一加仑水(约合3.78升)中,就能为发展中国家的一个家庭提供一整天的基本用电。 虽然目前这片树叶主要还是在实验室中展示魅力,离实际应用尚有距离。但是这显示了人们探寻更理想能源的不懈努力,再过一百年甚至几百年,谁将是人类的能源之王将难以预测。■
个人分类: 栏目:科技事件|2559 次阅读|0 个评论
生物质能发展方向预测
caoman 2011-3-29 10:12
学过生态学的都知道,生物间遵循生产、消费和还原的物质流动规律。为了满足人类日益增长的消费需要,利用这个规律开展各种生产,如种植、养殖和转基因等等。生产和消费环节都不断强化,并加速发展;还原环节长期被忽视,直至出现环境污染才开始引起人们的重视,并是被动的。随着人类社会的发展,人在生物中发挥的作用越来越大,在生物链中处的位置越来越重要。 若把以人为主导的生态系统抽提出来的话,生产、消费和还原三个环节明显不匹配,通过产业化来强化还原环节的发展已成为共识,那一种还原方式是最有效的?就是生物质能未来的发展方向。经过几年的研究思考,认为利用自然界生物的作用,将各种动植物或动植物尸体,及其被利用后的废弃物,直接转化成或被利用后转化成环境友好产品,回归自然进行下一轮生态循环,如下图所示: 这张图是我近几年思考研究的结果,有时间仔细看看,不难看出,同生物质的另外两种(固体颗粒燃料、液体乙醇)利用方式相比(如循环利用率、环境影响), 生物燃气是生物质能未来十年的发展主流。
3868 次阅读|0 个评论
[转载]中国新能源产业最新数据公布 2011-01-27 16:21:00
wfshen 2011-3-29 08:16
文章来源:一财网 关键字 太阳能 新能源产业 最新数据    1月27日公布的《2010中国节能减排产业发展报告》对包括太阳能、风能、生物质能、核能在内的我国新兴能源产业现状数据进行了全面更新。    太阳能:有产业没市场   在太阳能产业方面,中国光伏产业总计有10家企业实现海外上市,IPO融资总额超过20亿美元;中国多晶硅材料总产量已从2005年的30吨增加到2008年的近5000吨,产能从2005年不足200吨上升到2008年的6000吨以上,基本缓解了中国太阳能电池生产中多晶硅材料短缺的问题。   在光伏电池生产方面,2007年,中国光伏电池产量首次超过德国和日本,居世界第一位。2008年的产量继续提高,达到了200万千瓦,占全球产量的比例由2002年的1.07%增长到2008年的近16%。   在光伏制造方面,由于近几年中国大陆和台湾地区的迅速崛起,一直以美日德为主的世界光伏制造格局已逐渐演变成美日德中为主,光伏制造前十名中也赫然出现了中国大陆和台湾地区的制造商。   但报告指出,与快速发展的光伏产品市场形成鲜明对比的是,中国光伏发电产品的市场应用还很少,目前主要用于解决偏远地区无电人口和特殊行业用电问题。   报告称,与海外市场旺盛需求形成鲜明对比的是,国内“有产业,没市场”,对太阳能这一绿色、清洁能源的应用相对滞后。   在太阳能热水器产业方面,报告称,2008年底,中国生产了3100万平方米的太阳能热水器,占全世界产量的80%左右,中国是生产和使用太阳能热水器最多的国家。   目前,中国太阳能热水器年产量达到3000万平方米,总保有量达到1.5亿平方米,可替代2250万吨标准煤或760亿千瓦/时电力,占社会总能耗的1%,提供80万个就业岗位。   风能:连续四年翻番   2009年我国除台湾省外新增风电装机10129台,装机容量1380.32万千瓦,超过美国排名全球第一。到2009年,全国新增装机增长率、累计装机增长率均连续四年翻番。2009年底我国除台湾省外累计风电装机容量2580.5万千瓦,全球排名由2008年的第四位上升到第二位。   统计 显示 ,从2004年末到2008年末,中国风 电能 力增加了250%,达到了1.2亿千瓦,首次超过印度成为第四个装机超过1000万千瓦的大国。   2009年,华北地区新增风电装机容量7457.3兆瓦,连续四年位居各区域之首。截至2009年12月31日,中国风电累计装机超过1000兆瓦的省、自治区、直辖市超过9个。   随着国内企业兆瓦风电机组产量的增加,2007年兆瓦级风电机组的装机容量占到当年新增市场的51%,2008年占到72.8%,2009年占到86.86%。兆瓦级风电机组目前已成为中国风电市场的主流产品。   报告称,受风电特许权项目地设备国产化率的强制要求的影响,国产风电机组的市场份额已超过进口机组。2009年,中国市场新增装机超过100兆瓦的机组制造商有19家,其中华锐、金风、东汽三家装机均超过1000兆瓦,三家企业装机容量占2009年全国新增装机的59.7%。   2010年,中国风力发电新开工重大施工项目378个,项目总投资额高达近3000亿元。报告称,中国风能资源可开发量约为7亿~12亿千瓦,从中国风能资源看,风电完全可能成为火电、水电之后的第三大 电源 。 生物质能:诸多瓶颈   我国拥有丰富的生物质能资源,每年理论有生物质能资源50亿吨左右,其中农作物残留物占一半多。生物质能源是我国仅次于煤与石油的第三大能源,在全部能源消耗中约占15%,是唯一可运输和储存的可再生能源。生物质能源目前主要用于发电和转化为“绿色汽油”与“生物石油”。   截至2008年底,全国生物质能发电累计装机容量达到300万千瓦。2010年,全国沼气发电容量为80万千瓦,2020年达到150万千瓦;2010年垃圾焚烧发电装机达到50万千瓦,到2020年焚烧发电的垃圾处理量将达到总量的30%,垃圾焚烧发电总装机将达到200万千瓦以上。   我国最先起步的是生物质转化替代石油,即乙醇汽油。截至2008年底,全国共生产销售燃料乙醇165万吨,我国已成为全球第三大燃料乙醇生产国,仅次于巴西和美国。   在生物柴油方面,目前全国有7家万吨级生物柴油生产企业,生物柴油年产量超过100万吨。   但报告指出,目前我国生物质能源的发展面临一些瓶颈问题,包括生物质资源不足、品质不佳、收集困难、难于转化;生物质催化与转化效率低下,过程能耗和水耗高;生物转化工艺难以低成本规模化放大,以及生物能源终端产品品质不佳、产品标准欠缺等。 核电:与核大国地位不相称   中国是继美国、英国、法国、前苏联、加拿大和瑞典之后,世界上第七个能自主设计和建造核电站的国家,但核电的发展状况与核大国的地位极不相称。   报告称,2007年,中国核电发电量和装机容量的比重分别达到1.92%和1.24%,在拥有核电的国家中是最低的。2008年全国核电总装机容量和发电量分别是885万千瓦和684亿千瓦/时,仅占全国总装机容量的1.1%和总发电量的2%,与世界核电水平17%相比,中国核电仍有很大的发展空间。   报告称,近年来中国不断调高核电发展的目标,根据最新目标,2020年核电占电力总装机容量的比例将达到8%以上,照此计算,2020年中国核电装机容量至少可以达到7000万千瓦,相当于未来12年我国平均每年有5~6台百万千瓦核电机组投产。   截至2009年底,中国已核准10个核电项目共28台机组,总容量为3140万千瓦,其中20台计2192万千瓦已开工建设。中国已成为世界上核电在建规模最大的国家。   报告还首次对新能源汽车发展现状进行了描述。目前,国内主要汽车整车企业都开展了新能源汽车的研究开发、制造,有些产品已经实现了商业化生产。但销售规模非常有限,新能源汽车所用的关键核心零部件基本上来自国外厂商。   国家能源局规划司司长江冰在去年上半年能源经济形势发布会上曾透露,《新兴能源产业发展规划》经过多次修改和完善,已比较完善和成熟。正按照有关程序上报国务院审批。规划期为2011~2020年,规划期内累计将直接增加投资5万亿元。   《新兴能源产业发展规划》既包含了核电、风能、太阳能和生物质能等新能源资源的开发利用,也包含了对传统能源升级变革的技术,比如洁净煤、智能电网、分布式能源、车用新能源等。   据国家能源局的初步测算,《新兴能源产业发展规划》实施后,到2020年,中国将大大减缓对煤炭需求的过度依赖,能使当年的二氧化硫排放减少约780万吨,当年的二氧化碳排放减少约12亿吨。每年增加产值1.5万亿元,增加社会就业岗位1500万个。   《2010中国节能减排产业发展报告》由中国节能环保集团公司、中国工业节能与清洁生产协会共同编撰,国家工信部原部长李毅中、国家发改委副主任解振华、全国人大环资委员会主任委员汪光焘担任该报告的总顾问。
个人分类: 领域动态|1375 次阅读|0 个评论
这是否是科学界的“王婆卖瓜”现象?
热度 29 cutefay 2011-3-17 00:57
我发现一个现象:搞核能的专家总是说核能是安全且大量的,国家应该大力发展核能;搞水能的人总是会说三峡是没问题的;搞生物质能的人则会说生物质能是唯一解决资源问题的出路,并且发展生物质能是安全的,不会对人类产生危害。搞转基因的人又会说转基因作物是绝对安全的…… 而对某事物持否定态度的人往往是一些大同行的专家,例如,说核能不宜发展的往往都是其他能源领域的专家。 究竟谁是谁非暂且不讨论,我不是专家和大牛,也无法做出判断。这里只讨论一下人的心理方面的问题: 1、假设你是某个领域的大专家,如果这个行业从此衰落,那么你的职业发展就会受到限制,你能够申请到的经费会越来越少,而因为你已经是这个领域的专家,除了这个领域之外,做别的都不行,那你会不会千方百计想办法保证这个领域的兴旺不衰呢? 2、当你对某个领域的研究非常感兴趣的时候,你是否会有时候会沉浸在这个领域所带来的某个好的效果,而忽视了其他的问题呢? 我想:或许“王婆卖瓜”现象是一种普遍存在的现象,各个领域都有,并且各个国家也都有。这是与人的本性有关的,无法避免的,换了其他人可能也会同样“王婆卖瓜”的。或许,我们也可以从中得到一些启发:专家的话虽然是有道理的,但不一定是全面的。
个人分类: 菲亦所思|4814 次阅读|59 个评论
生物质能属性分析
热度 1 caoman 2011-3-8 15:21
有幸得到石元春院士的单独接见,感动万分,对生物质能的发展又了新的认识,为什么比其它可再生能源发展的慢,与对生物质能属性的认识不到位,不无关系。 产业属性, 复合基础性产业,提供生产资料如能源和有机肥,与生活资料如能源,并发挥环保作用消除减少环境污染,如避免畜禽粪污排放和秸秆燃烧。行业发展由国家主导,涉及部门多,需要统一规划管理,协调难度大影响发展速度。 原料属性, 产生和所有权分散,有生物的地方就有生物质,生物死亡后都有此利用价值(包括人类),并具有良好的稳定性和储能性。决定了行业发展普及面广和连续性(太阳能和风能都受气象影响),需要全民参与,资源和行业垄断困难(同传统能源的区别之一)。 生产属性, 容易实现清洁生产,规模可大可小,方式多种多样(物理、化学、生物,人工、现代化),上马快,分布范围广,属于典型的分布式能源,决定了行业发展门槛低,空间大,容易普及推广,企业档级差距大。 产品属性, 具有多样性和环境友好性(可持续性),分固、液、气三种形态,是唯一的一种化学态可再生能量,可转化成电,也可转化非能的物质性产品(是其它可再生能源所不具备的),储存运输方便,市场推广使用范围广,这是其它任何能源不能比的。 社会属性, 关系到农民就业、农业发展和农村建设,尤其是农业升级、农民增收和循环产业体系建设,可以说是民生或百姓或草根能源,还关系到环境保护、国家能源安全和国际节能减排承诺目标兑现,决定了行业发展的重要性和复杂性(不容易完全市场化运作)。 生物质能唾手可得,伴随人类走到今天,正因如此它的存在和发展没有得到应有的重视,忽视了对其属性的认识分析利用,尤其是其可持续性和对其它产业的带动和社会发展的推动作用,是其它可再生能源和不可再生能源所不具备的。我们该重新认识生物质能了!
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2011-3-4学术
stillme2010 2011-3-4 10:31
使用可持续生长的生物质能作为单一燃料或是和煤共燃烧,是一种有效降低燃烧电力锅炉 CO2 循环排放的方法。由于其较高的含水率,使用生物质能可能会降低燃烧效率,并对其经济效益产生负面影响。 通过采用生物质能代替煤减少 CO2 排放的经济花费可以通过单一燃烧煤,单一燃烧生物质,以及煤 - 生物质共燃烧的系统分析来确定。 利用锅炉和粉煤共同燃烧生物质或一定的废弃物的技术可行性已经很好的评估过啦。共燃烧对燃烧的稳定性影响很小,中试研究表明共燃烧还可降低硫氮的排放。 一些技术可以用于生物质或废弃物与煤的共燃烧。评估研究在下列装置及条件下进行: a ) 600MWe 粉煤电力锅炉 I )共燃烧煤与麦秆以及污泥; II )采用源自麦秆的燃气作为返回燃料 return fuel;b) 在 125MWe 的压力流化床燃烧 (CFBC) 系统进行污泥和煤的共燃烧; c ) 250 和 125MWe 循环流化床燃烧煤与污泥以及麦秆; d ) 25MWe CFBC 系统共燃烧高硫煤、低硫煤与麦秆以及污泥, wood, woody matter pressed from olive stones(WPOS) 。 e)12MWe CFBC 共燃烧低硫煤、高硫煤与麦秆。 本研究的目的即:采用 ECLIPSE 过程模拟软件对上述过程进行了技术、经济、环境评估。对产电的系统效率进行了评估,并和其他不同技术进行了对比。 ……
个人分类: 学术啊学术|2171 次阅读|0 个评论
江苏沿海滩涂发展能源植物的一些思考
热度 3 goldenrice 2011-1-21 14:27
油价高涨、资源短缺、环保压力和经济高速增长的需要等之间无法调和的矛盾,直接影响社会经济的可持续发展和国家安全。以能源植物为主的生物质能将是人类未来的理想选择。人多地少的国情使得我国能源植物的发展只能利用边际土地。 江苏沿海滩涂总面积 1031 万亩,约占全国滩涂面积的 1 / 4 ,其中未围垦的滩涂 667 万亩。开发沿海滩涂资源发展耐盐能源植物是我省发展生物能源的必然的战略选择。 发展能源植物必须以科学发展观为指导,生物能源产业的发展必须建立在坚实的科学基础上。从发展生物能源的原料供应和农学角度看,江苏沿海滩涂发展耐盐能源植物必须加强一下几个方面的工作: 首先,加强耐盐耐盐植物资源的挖掘和培育。江苏省在能源植物研究方面已有一些科技积累,在海滨锦葵、菊苣、蓖麻等已经开展,尚未取得突破。例如,南京大学从美国引进海滨锦葵已有近15年,且在沿海滩涂试种成功,小面积种植籽粒产量在60kg/亩,含油量20%左右。尚不具备大规模产业化开发的基础。 盐生植物大多处于野生状态,产量低;而栽培作物经过人们长期的驯化和改良,产量已获得很大的突破,然耐盐性不强。在现有的栽培作物(如玉米、油菜等)进行耐盐种质的挖掘或通过育种手段改良栽培作物的耐盐性,比改良盐生植物的产量可能来的容易。耐盐高效能源植物的挖掘与培育是发展生物能源的重点和难点必须立项加强研究。 其次,应加强能源植物的基础研究。目前能源植物的研究大多处于野生资源开发和利用层次上,在资源调查、优良植物(作物)资源的筛选、优良基因资源的挖掘、能源性状形成机理和代谢调控方面等还有许多工作亟待加强。这方面的发展可为生物能源的可持续开发提供后劲。 第三,加强耐盐能源植物栽培技术集成和示范,为大规模开发提供技术支撑。在沿海滩涂上高效种植的能源植物是新生事物,大规模种植并无先例,科技积累不足。切实遵循试验—示范—推广的程序,少走弯路。
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德国驻华大使馆官员考察弘毅生态农场
热度 2 蒋高明 2010-10-17 12:33
吴光磊 蒋高明 10月15日,德意志联邦共和国驻华大使馆发展顾问、二等秘书Dirk Steffes-enn、德国亚琛大学Mario Lucas博士,德国、芬兰、荷兰等七国国际教师Huhay Lucas 及其夫人Malia Lucas在中国科学院植物研究所蒋高明研究员、郑延海副研究员、泰安市科技局李宗奉博士、平邑县农业局副局长孟祥义、平邑县卞桥镇人大主席林清华、平邑县卞桥镇副镇长刘文 玄、卞桥镇蒋家庄村党支部书记周京林等人的陪同下到弘毅生态农场参观指导工作。 弘毅生态农场名誉顾问蒋高明教授对Steffes-enn先生一行表示热烈欢迎,并向客人详细介绍了弘毅生态农场的生态循环理念、运作模式及发展现状;陪同客人实地参观了农场生态 循环农业中的各个技术环节:秸秆青储饲料加工技术、秸秆青储饲料育肥技术、有机肥高效利用技术、废弃物资源化利用技术、环境友好型禽粮互作模式、环境友好型高产优 质栽培技术、清洁能源深度开发技术、种-养-肥-加工-新能源耦合技术等。 近年来,弘毅生态农场利用生物质能、太阳能、风能等做法引起了德国大使馆的关注,大使馆资助本研究团队在弘毅生态农场所在村庄开展清洁能源深度开发利用研究。蒋家庄实 验点为德国大使馆在中国青海、四川、甘肃等省份12个村级清洁能源项目点之一。项目负责人郑延海副研究员重点向Steffes-enn先生一行展示了弘毅生态农场及农户沼气、风能、太 阳能利用进展情况。 座谈会上,Steffes-enn先生对蒋高明教授的生态循环理念及取得的一系列科研成果表示敬佩,对弘毅生态农场在国家粮食安全、生态循环农业及环境保护等方面所做的大量工作表 示赞赏,并对新能源深度开发项目的进展情况深感满意。从事中国生物质能研究的德国亚申大学Mario Lucas博士参观本农场模式后指出,有机农业是当今国际农业发展的方向,中 国农民应该继续发扬精耕细作的优良传统,大力推广生态循环农业。 平邑县农业局副局长孟祥义向客人介绍了平邑县户用沼气发展现状,并对德国驻华大使馆将新能源深度开发项目落户在平邑表示感谢。孟局长特别指出,在蒋高明教授的积极引领 、协调下,越来越多的农户开始使用沼气,并得到了政府补贴,目前蒋家庄村已经建立了130座户用沼气池,占全村村民户数的50%。德国驻华大使馆的项目更是解决了冬天沼气池 产气难的问题,深受老百姓喜爱。 平邑县卞桥镇人大主席、县人大代表林清华对德国友人的到来表示欢迎,并对以蒋高明教授为首席科学家的科研团队在平邑县卞桥镇境内开展科研工作表示感谢,并表示将发展有 机农业作为平邑县年度人大提案,拟在平邑县重点推广。 山东农业大学国际交流与合作处处长吴光伟、山东农业大学农学院党委书记赵延兵、泰山学者付道林、农学院副教授宁堂原等在山东农业大学与德国友人进行了会谈。 弘毅生态农场工作人员,在弘毅生态农场开展课题研究的中国科学院植物研究所博士生韦继光、硕士生李静,山东农业大学博士生李宗奉、吴光磊,硕士生郭立月、战丽杰战丽杰、曾祥 伟、唐海龙、蒋大龙、李占、本科生刘海涛向德国客人们分别介绍了各自的研究工作。 图1 德国友人在弘毅生态农场(中间为Steffes-enn先生) 图2 中国科学院植物研究所郑延海博士(右一)陪同德国客人参观 图3 德国专家参观大型沼气池冬季保温措施 图4 蒋高明教授向德国客人介绍弘毅生态农场的FFE(food, fertilizer, energy)模式,该模式从秸秆养牛开始 图5 蒋高明教授向外宾介绍禽粮互作模式有机种植的玉米,其产量超过本地的纯化肥模式 图6 硕士生郭立月向德国客人展示他用牛粪养殖的蚯蚓 图7 中德座谈 图8 德国客人参观研究生活动室 图9 外交官、科学家、地方政府官员、大学生、研究生、博士生与村官的合影
个人分类: 环保呐喊|9149 次阅读|2 个评论
新能源展望(2)——总论新能源
Synthon 2010-5-30 10:48
上回书咱说了 旧能源 ,这回来说新能源,啥叫新能源呢?就是新的能源呗!有人说了,这还要定义啊,这不都是废话么。。。看官您慢着,看咱慢慢道来。话说什么样的能源叫新的能源呢?有人说了,这还用问么,太阳能,生物质能源,不都是新能源么?可是我要说了,那太阳能,早在阿基米德时代就用来点燃敌军的军舰了,这能叫新能源么?再者,咱们农民兄弟,几千年来,也从来未曾停止对生物质能源的利用(烧柴火)嘛!可见,新能源的定义,不是那么简单的。 我个人以为,新能源可以分为以下几个大类: 第一类,是全新的能源,人类在工业革命以前完全没有用到的。比如潮汐能(参见下图潮汐电站)。 第二类,是之前有过应用,但是没有实现工业化大规模应用,而最近几十年甚至几年间开始探讨其新用途的。比如上面所说的太阳能、生物质能,还包括水能、风能等。 第三类,目前正在大规模应用,但应用受到储量限制,而新的研究发现其新的存在形态、扩大其可采储量的。这类包括所谓的可燃冰(天然气水合物)、油砂、油页岩(见下图)等。 第四类,目前正在大规模应用,但人们设法改变其应用的形式,从而提高能源利用效率的(说明:这一说法并不准确,详见第四条评论中吴飞鹏老师的说法,以及本人的回复)。比如最近很火的一些话题,煤变油、燃料电池等。 最后,顺便再说说所谓的二次能源。我们上面说的都是一次能源,即在自然界中存在的能源形式。有些时候,我们并不直接利用这些能源形式,而是把它们转化成其他的能源形式,这,就叫做二次能源。比如我们用煤发电,然后用电暖气提供能源取暖,那么煤是一次能源,电就是二次能源。目前很火的氢能、核能等,都是二次能源。 写到这里,有点饿了,泡碗面吃吧,突然想到,泡面的热水,也是二次能源呢!
个人分类: 科研涂鸦|6169 次阅读|5 个评论
[UMN访学成果2]第一篇被SCI收录的合作署名文章发表
wangyk 2010-2-27 17:12
王 应 宽 2010-02-27 Beijing , China 第一篇被 SCI 收录的合作署名文章发表 2009 年在明尼苏达大学做访问学者期间,参与了合作导师 Roger Ruan 领导团队的科研工作。其间,有幸与团队里的博士后 Wang Liang ( 汪靓 ) 等合作署名发表论文一篇( Cultivation of Green Algae Chlorella sp . in Different Wastewaters from Municipal Wastewater Treatment Plant , http://www.springerlink.com/content/b46086hr6261610x/ ) 。文章内容是海藻生物油制取项目中关于在城市污水处理厂用不同成分污水养殖绿藻的研究成果。论文发表在 Springer 旗下期刊 Applied Biochemistry and Biotechnology (应用生物化学与生物技术),属于化学和材料科学类期刊,系 SCI 收录源刊,目前影响因子 1.643 。虽然影响因子不高,但文章的价值和影响较大,主要源于该研究系目前世界关注的热点,老板在此领域又处于国际领先地位,而且研究成果的应用前景广阔。海藻被认为是新一代生物质能源新的希望,对优质藻种,其含油量高,生长繁殖速度快,可以在污水中养殖,不与粮争地,不与人争粮,而且其通过藻类的养殖可以有效去除污水中的氮磷等富营养物,既能生产能源,又具有环保生态效益,因而具有良好的前景。 说来惭愧,此文乃有本人署名的第一篇 SCI 收录文章。个人水平低、不长进,从事编辑出版工作为人作嫁是一方面,但主要还是因为学科门类和研究方向不同的缘故。本人从事的专业为农业机械化(本科和硕士研究生专业)和编辑出版学(博士研究生专业)。前者属于农业工程学科领域,该领域的研究成果一般难以发表在 SCI 收录的期刊, SCI 收录农业工程学科领域的期刊也比较少。农业工程学科领域被 SCI 收录的论文大多是借了与其他学科交叉的势。很多该领域的成果大都发表在被工程索引( Engineering Index, Ei Compendex )收录的期刊。本人此前发表的农业工程方面的文章多被 EI 收录。后来转了向,投入较多精力从事编辑出版、开放存取、网络学术传播等方面的研究,发表论文数十篇,但属于人文社科领域,与 SCI 相去更远了。当然,也因为发表的这些文章大都是中文的,如果将来在国外期刊发些这方面的英文文章,也可能被 SSCI 收录(《社会科学引文索引》( Social Science Citation Index ,简称 SSCI ),也算与 SCI 的亲戚攀上点关系了! 论文第一作者靓妹系出名门,在国内时就读于同济大学和上海交通大学,赴美留学在明尼苏达大学获得博士学位,然后从事博士后研究。她天资聪颖,勤学不辍,发表了不少高水平论文。最近得知她又去亚利桑那州立大学的一个非常有名的 Algae实验室 Laboratory for Algae Research and Biotechnology ( http://larb.asu.edu/ ) 高就了。靓妹的爱国心令人感动,一心想着在美国多方学习提高,待学成后回国效力。她说:美国虽好,但还是时常想家,相信游子总有回到母亲怀抱的一天的。衷心希望国内各方为海外游子回国创业营造良好环境,以不辜负他们的赤子爱国心!在明尼苏达大学访学期间,在我的怂恿下,靓妹也在科学网开了博客( http://www.sciencenet.cn/u/eversci/ )。欢迎大家关注和支持! 论文中文摘要如下。论文的英文全文 PDF 附后,欢迎感兴趣的同行斧正。 城市污水处理厂不同成分废水中绿藻培养 汪 靓1,民 敏1,李叶丛1,陈 灵1,陈以峰1,刘玉环1,王应宽1,阮榕生*1,2 1 Center for Biorefining, and Department of Bioproducts and Biosystems Engineering, University of Minnesota, 1390 Eckles Avenue, St. Paul, MN55108, USA 2南昌大学生物质转化教育部工程研究中心,生命科学与食品工程学院,南昌 330047 收稿日期 : 2009-08-21 接受日期: 2009-11-09 在线发表日期: 2009-11-24 摘 要: 该研究旨在评价绿藻在当地城市污水处理厂工艺流程中 4 个不同位置取样的污水中的生长状况,以及绿藻的生长对污水中氮、磷、化学需氧量 COD 和金属离子的去除效果。 4 种废水样品为:初级沉淀前的废水 #1 ,初级沉淀后的废水 #2 ,活性污泥槽中的废水 #3 ,污泥离心渗滤液 #4 (污泥离心渗滤后产生的废水)。在 4 种废水 #1 、 #2 、 #3 、 #4 中,绿藻在指数阶段的平均生长速率分别为 0.412, 0.429, 0.343, 和 0.948day1 。绿藻对废水 #1 、 #2 、 #4 中铵态氮( NH4N )的去除率分别为 82.4%, 74.7%, 和 78.3% 。废水 #3 中的硝态氮去除较明显,对无机氮主要形态的 NO3N 的去除率达 62.5%, 是养藻所产生的 NO2N 的 6.3 倍。绿藻对废水 #1 、 #2 、 #4 中磷的去除率分别为 83.2%, 90.6%, 和 85.6% ,对 COD 的去除率分别为 50.9%, 56.5%, 和 83.0% 。而 #3 废水中磷的去除率仅为 4.7% , COD 的含量在绿藻生长后反而略有上升,可能是因为绿藻中小的有机分子光合作用产生排泄物所致。试验显示,离心渗滤液中的金属离子,特别是 Al, Ca, Fe, Mg 和 Mn 在绿藻养殖后被有效的去除了。研究结果表明,在营养富集的离心渗滤液中养殖海藻,为城市污水处理厂利用海藻养殖工艺循环利用渗滤液去除废水中的营养成分提供了新的途径,达到环保去污和生产有价值的生物燃油原料的双重目的。 关键词 :城市污水,离心渗滤液,海藻,营养物去除,金属,绿藻 Cultivation of Green Algae Chlorella sp. in Different Wastewaters from Municipal Wastewater Treatment Plant LiangWang 1 , MinMin 1 , YecongLi 1 , PaulChen 1 , YifengChen 1 , YuhuanLiu 1 , YingkuanWang 1 and RogerRuan 1, 2 1 Center for Biorefining, and Department of Bioproducts and Biosystems Engineering, University of Minnesota, 1390 Eckles Avenue, St. Paul, MN55108, USA 2 Nanchang University, Nanchang, China Received: 21August2009 Accepted: 9November2009 Published online: 24November2009 Abstract: The objective of this study was to evaluate the growth of green algae Chlorella sp. on wastewaters sampled from four different points of the treatment process flow of a local municipal wastewater treatment plant (MWTP) and how well the algal growth removed nitrogen, phosphorus, chemical oxygen demand (COD), and metal ions from the wastewaters. The four wastewaters were wastewater before primary settling (#1 wastewater), wastewater after primary settling (#2 wastewater), wastewater after activated sludge tank (#3 wastewater), and centrate (#4 wastewater), which is the wastewater generated in sludge centrifuge. The average specific growth rates in the exponential period were 0.412, 0.429, 0.343, and 0.948day1 for wastewaters #1, #2, #3, and #4, respectively. The removal rates of NH4N were 82.4%, 74.7%, and 78.3% for wastewaters #1, #2, and #4, respectively. For #3 wastewater, 62.5% of NO3N, the major inorganic nitrogen form, was removed with 6.3-fold of NO2N generated. From wastewaters #1, #2, and #4, 83.2%, 90.6%, and 85.6% phosphorus and 50.9%, 56.5%, and 83.0% COD were removed, respectively. Only 4.7% was removed in #3 wastewater and the COD in #3 wastewater increased slightly after algal growth, probably due to the excretion of small photosynthetic organic molecules by algae. Metal ions, especially Al, Ca, Fe, Mg, and Mn in centrate, were found to be removed very efficiently. The results of this study suggest that growing algae in nutrient-rich centrate offers a new option of applying algal process in MWTP to manage the nutrient load for the aeration tank to which the centrate is returned, serving the dual roles of nutrient reduction and valuable biofuel feedstock production. Keywords :Municipal wastewater,Centrate,Algae,Nutrients removal,Metal,Chlorella 附注: Applied Biochemistry and Biotechnology 期刊简介 Part A: Enzyme Engineering and Biotechnology Editor-in-Chief: Ashok Mulchandani ISSN: 0273-2289 (print version) ISSN: 1559-0291 (electronic version) Journal no. 12010 Humana Press 期刊 Applied Biochemistry and Biotechnology 出版社 Humana Press Inc. ISSN 0273-2289 (Print) 1599-0291 (Online) DOI 10.1007/s12010-009-8866-7 学科分类 化学和材料科学 SpringerLink Date 2009 年 11 月 24 日 This journal is devoted to publishing the highest quality innovative papers in the fields of biochemistry and biotechnology. The typical focus of the journal is to report applications of novel scientific and technological breakthroughs, as well as technological subjects that are still in the proof-of-concept stage. Applied Biochemistry and Biotechnology provides a forum for case studies and practical concepts of biotechnology, utilization, including controls, statistical data analysis, problem descriptions unique to a particular application, and bioprocess economic analyses. The journal publishes reviews deemed of interest to readers, as well as book reviews, meeting and symposia notices, and news items relating to biotechnology in both the industrial and academic communities. In addition, Applied Biochemistry and Biotechnology often publishes lists of patents and publications of special interest to readers. Related subjects Biochemistry Biophysics - Biotechnology Impact Factor: 1.643 * Journal Citation Reports, Thomson Reuters Abstracted/Indexed in: abstracted_indexed Abstracts in Anthropology, Academic OneFile, AGRICOLA, ASFA, Biochemistry and Biophysics Citation Index, Biological Abstracts, BIOSIS Previews, Biotechnology Citation Index, CAB Abstracts, CAB International, CEABA-VtB, Chemical Abstracts Service (CAS), ChemWeb, Compendex, CSA/Proquest, Current Abstracts, Current Awareness in Biological Sciences (CABS), Current Contents/ Agriculture, Biology Environmental Sciences, Current Contents/Life Sciences, DECHEMA, Elsevier Biobase, EMBASE, Food Science and Technology Abstracts, Gale, GeoRef, Global Health, Google Scholar, Health Reference Center Academic, IBIDS, INIS Atomindex, Journal Citation Reports/Science Edition, OCLC, PubMed/Medline, Reaction Citation Index, Science Citation Index, Science Citation Index Expanded (SciSearch), SCOPUS, Summon by Serial Solutions, TOC Premier 原文 Full-text PDF Cultivation of Green Algae Chlorella sp. in Differ
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[编译]世界能源巨头BP公司携手科研机构联合启动的能源生物研究项目EBI
wangyk 2010-1-28 02:58
王 应 宽 2010-01-28 Beijing, China 世界能源巨头美国 BP 公司与科研机构联合启动的 EBI 能源生物研究项目 最近美国企业界与科研界共同发起的能源生物学研究项目值得关注。 能源生物科学研究所( Energy Biosciences Institute , EBI) ,是一个新的研发机构,利用现有的包括生物学、物理科学、工程、环境和社会科学等方面的先进知识,来研究设计可行的方法,应对全球能源挑战和减小化石能源对全球变暖的影响。该项目是多学科的合作的,主要是寻求高效的生物质新能源的工业化生产途径。目前是正在试验研究几种植物, ( 一种在国内被称作象草 , 其含碳量要远高于农作物秸秆 ), 利用生物发酵及热解等方法生产可燃气及燃油。能源作物品种的筛选、培育、改良、转化这部分工作在生物学科作,而这类作物的种植、管理及收获由工程学学科作,相当一部分人员参与在这个全国性的项目之中 , 定期要有检查和汇报。 世界能源业巨头美国 BP 公司将在 10 年内为 EBI 项目提供 5 亿美元的经费开展研究。项目合作伙伴有 4 个机构:加州大学伯克利分校,劳伦斯 - 伯克利实验室,伊利诺伊大学, BP 公司。研究涵盖五大领域,包括很多项目,有很多研究机构和单位参与,真正体现多学科合作。 研究领域包括:生物质原料的开发,生物质解聚合作用(裂解),生物燃料生产,化石燃料的生物加工,环境、社会、经济学评估研究。 其他资料附后: Feedstock Development Scientists in this program study plant species that can be used to produce biofuels in a more productive and highly sustainable fashion. Switchgrass and miscanthus are just two plants fitting that description. Researchers believe there are more. Biomass Depolymerization Discovering more productive methods of breaking down plant sugars so they can be used in the biofuel-making process is this program's goal. Success could result in trimming the cost of biofuel production and making this sustainable energy product more affordable. Biofuels Production This program's aim is to find ways of improving the concentration of fuel produced by traditional fermentation processes that have been used for centuries to make beer and wine. Achieving that objective could reduce the cost of making biofuel. Fossil Fuel Bioprocessing Researchers in this program are seeking ways to use biological processes to reach oil and coal and to do so in a manner that conserves energy and spares the environment. Making it easier to gather fossil fuels aids in the sensible use of these limited resources Environmental, Social and Economic Dimensions Even renewable forms of energy, such as biofuels, can have harmful impacts on society and the environment. This program will provide critical data that policymakers can use in adopting energy policies that are kinder to the land and its people. Programs Assessing the Potential Impact of Insect Pests and Plant Pathogens on Biomass Production of Miscanthus x giganteus and Switchgrass (Panicum virgatum) Genomics-Enabled Improvement of Andropogoneae Grasses as Feedstocks for Enhanced Biofuel Production Engineering Solutions for Biomass Feedstock Production Feedstock Production/Agronomy Program Projects Reproductive Barriers in Miscanthus Sinensis and Other Biofuel Plants Model Development to Predict Feedstock Production of Miscanthus and Switchgrass as Affected by Climate, Soils, and Nitrogen Management Collection, Nutrient Cycling, Cold Hardiness, Photosynthetic Capacity, and Flowering Phenology of Miscanthus sacchariflorus, Miscanthus sinensis, and Their Natural Hybrids in Native Stands Ranging from Central to Northern Japan Improvement of Bioenergy Crops Via Transformation 相关信息参阅: http://www.energybiosciencesinstitute.org/index.php The Energy Biosciences Institute (EBI) is a new research and development organization that harnesses advanced knowledge in biology, the physical sciences, engineering, and environmental and social sciences to devise viable solutions to global energy challenges and reduce the impact of fossil fuels to global warming.
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[编译]美国能源部、农业部拨款630万美元开展生物燃料研究
wangyk 2010-1-28 02:54
王 应 宽 2010-01-28 Beijing, China 美国能源部、农业部拨款 630 万美元开展生物燃料研究 据报道,美国能源部、农业部斥资 630 万美元联邦基金,由 7 个研究团队参与开展生产生物燃料的植物原料基因组学研究,包括柳枝稷、高粱、苜蓿以及其他物种。能源作物品种培育将是该项目的研究重点。 参加这个大的研究项目的专家和机构包括: Andrew Paterson of the University of Georgia ( 乔治亚大学 ), Charles Brummer of the University of Georgia ( 乔治亚大学 ), USDA-ARS-Lincoln ( 美国农业部研究中心 - 林肯) principal investigator Gautam Sarath , John Vogel of the USDA-ARS Western Regional Research Center in Albany, California (美国农业部西部研究中心 - 加州奥尔巴尼) , Matias Kirst of the University of Florida ( 佛罗里达大学 ), Victor Busov of Michigan Technological University ( 密西根技术大学 ), Ismael Dweikat at the University of Nebraska, Lincoln ( 内布拉斯加大学 - 林肯校区 )。这也是一个体现多机构大团队合作攻坚的研究课题。 Source: DOE, USDA Grant $ 6.3M for Biofuel Studies. http://www.genomeweb.com/doe-usda-grant-63m-biofuel-studies NEW YORK (GenomeWeb News) Seven research teams at institutions around the country will use $6.3 million from the US Government to run genomics studies of plant feedstocks for biofuel production using switchgrass, sorghum, alfalfa, and others.
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可再生能源在近20至30年难以解决我国能源的主要问题
热度 1 niweidou 2009-12-29 20:28
由于我国能源消费总量的急剧增长,可再生能源(主要是风能、太阳能和生物质能)在2020年以前很难在总能源平衡中占有一定分量的比例,因此2020年以前可再生能源在份额上不能解决我国能源的主要问题,这个情况和欧洲的其他国家在国情上有很大区别。一些欧洲国家,他们总能耗已经不再增长(或增长很少),可再生能源的发展逐步替代目前在役的化石能源。而我国却处于总能耗急剧增长之中,单是发电设备(其中主要是燃煤发电),近几年每年装机容量增长接近1亿kW。在这个高速增长量中,可再生能源所能起的作用是很有限的,难以替代原有的化石能源消耗。 风电 尽管近年来风电装机容量每年翻一番,但是2008年风力发电量仅120亿kWh,占我国当年总发电量3.5万亿kWh的不到0.4%。按国家将要修改的规划,若2020年风力发电的装机容量达到1亿kW,甚至于1.5亿kW,考虑到每单位装机容量的满负荷工作时间平均只有2500小时(实际上更低),即1kW风电相当于0.4kW火电,则1亿kW的风电相当于火电4000万kW左右,也就是2020年我国发电总装机容量10~12亿kW的不到4%。所以说风电要努力发展,但短期内难以在我国能源系统中占到一定比例的份额。 太阳能 热发电最多几万或几十万kW;光伏发电,不会比风电多,而目前实际上我国PV产品的98%以上用于出口,内需由于价格问题需要一个过程。生产多晶硅是一个高耗能产业,能源消耗和环境污染需认真考虑。 生物质能 可利用的农作物秸秆约3亿tce,可利用的森林约3亿tce,总量相当有限。不同于国外大农场,我国绝大部分生物质资源是高度分散的(中国小农经济)。并且人均耕地少,人均秸秆占有量少,生物质能尤其是解决广大农村的用能问题,它的发展绝对不能照搬外国的做法。 能源供应仍将长期以煤为主,未来40多年的发展会导致巨大的煤炭消耗 目前,煤炭占我国一次能源消费总量的70%左右。2007年核电装机容量达到910万kW,约占我国发电总装机容量的1.2%。根据中国工程院中国能源中长期发展战略研究对核电、天然气等发展或需求的乐观预测:2030年核电总装机容量将达到2亿kW;2050年天然气需求将达到4900亿m³。将各机构对中国石油需求的预测取平均值,2050年石油需求将达7.6亿toe。若设定2030、2050年的能源需求总量天花板分别为52.7和63.5亿吨标煤。根据中国工程院中国能源中长期发展战略研究和原能源办对可再生能源、核电、天然气、石油需求的最乐观的预测,余下能源需求再由煤炭来满足。计算结果表明:2050年煤炭在一次能源构成中占40%以上,而未来40多年(2005~2050年)累计消耗的煤炭总量将在800亿吨标煤以上。 因此,未来我国能源即使考虑核能和可再生能源均得到极大发展,煤炭(直到2050年或更晚)也仍将在我国能源供应中起到主导作用。
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谈谈生物质能的利用及评价指标(二)
niweidou 2009-12-28 13:08
可再生能源合理利用的尺度 对可再生能源的利用除了要考虑转换效率、土地利用系数、粮食安全和水耗系数等重要指标以外,还要从以下几方面综合考虑。 1)国情尺度 对可再生能源和替代能源的开发和利用,不同的国家应根据本国的国情制定不同的尺度,因为各国家资源总量及其分布如何、人均多少,其环境、大气、生态怎样,土地、水的可获得性及生物多样性如何,生活模式、生产条件及社会发达水平怎样,各种资源在国外的可获得性以及国际形势对本国的影响等是不同的。如果不顾本国的国情,过度地对其开发和利用,将会引发一系列问题。 2)份额尺度 对某些可再生能源和替代能源的开发和利用,还要看其可利用的份额有多大,有些可再生能源虽是可用的,但份额不大,如:地沟油,潮汐能等。我们所要重点下功夫研究的主要是能起到一定份额作用的可再生能源,如风电,这样才能分清轻重缓急,明确主要努力的方向。 风电是除水电之外起作用最大的一种可再生能源,即使这样,目前我国风电装机容量在整体电力系统中的份额仍然是有限的。2006年,全国风电装机容量增加了1300MW,2007年增加了约2500MW,每年都以100%的速度在增加,但从我国发电装机总量来看,2007年发电装机的增量为100GW,相比之下风电装机的增量不到1%。风电的发电量占总发电量不足0.5%。 发改委规划:到2020年,我国风电装机总容量是30GW。按目前风电发展的势头,这个指标肯定要被大大突破。2020年究竟会是多少,是否可以设想比原规划大5倍,使风电总装机容量达到150GW?即便如此,届时我国风电的发电量仍不到总发电量的2.3%~3%。 3)时间尺度 要发展可再生能源,使其尽快地成为主要能源之一,是我们应当努力的方向。但在研究可再生能源和替代能源的开发和利用时,一定要考虑:对什么样的可再生能源,采用什么样的技术,按什么样的时间表发展?该研究成果和发展计划能实现多少?我国自己的制造、安装和运行能力的极限是多少?不能总是重点强调能源结构的改变,描绘将来以可再生能源为主的美好愿景,而忽视目前对煤的现代化利用,不重视对一些当前迫切需要的技术的开发。怎样满足近20~40年的用能需求和环境容量的限制,尤其是日益严峻的气候变化问题,这几十年的用能需求怎么办,每年几十亿吨煤怎么应用,是我们应该首先考虑的问题。 4)经济尺度 对可再生能源的利用,可用经济尺度来引导其发展,对替代能源,国家可用相应的优惠政策予以扶持,如减免税收、实行补贴等。但对可再生能源的利用仅有扶持是不够的,还要对其他引发严重环境问题的能源消耗行为处以严格的罚款或征收税费,以市场手段进行调控,以经济尺度进行治理。若没有严格的环境税、排放税、污染罚款等,可再生能源很难发展起来。 5)发挥可再生能源特点的尺度 我国可再生能源具有分散性,不稳定性和能源密度低的特点,在制定发展可再生能源和生物质能源的发展规划和政策时,应从能源、转化、输送,终端用户一体化的角度来研究可再生能源在我国总的能源系统中应有的战略定位和合理的配置及地位。应依据各种可再生能源不同的特点,因地制宜地加以利用,分散的能源尽量分散利用,如:建一座25MW的秸秆发电电站,需投资人民币10000元/kW,每年需燃烧16万~20万t秸秆,秸秆收集半径达100 km,用拖拉机、汽车将秸秆从一个个分中心运送到电站,需耗费稀缺的液体燃料(柴油、汽油),而电站的效率30%,低于先进燃煤电站12~13个百分点,其效率相对值为先进燃煤电站的70%。在这种条件下,农民作为燃料的秸秆被收走了,他们只能靠煤来满足炊事和采暖的需求,而集中生产的煤又需用拖拉机、汽车分别运送到农户,需要再次耗费稀缺的液体燃料(柴油、汽油)。这样,集中生产的煤,本来可以在先进电站转换成电,却要分散到农村作低效、高污染的应用! 建设社会主义新农村需要能源的支持,农户除了生活、生产用电以外,其炊事、采暖应尽可能就地取材,如对沼气和太阳能的利用。若秸秆有多余,一家一户直接燃烧确实不符合现代化能源供应的要求(使用不方便,户内环境污染大),我们应该花较大的力量研究简单、廉价、低能耗的小型颗粒化或是铡段设备,提供燃烧完全、污染低、廉价的炉子,面向农村建立相应的加工、供应链;或者用其替代一部分煤来发电,把这部分生物质与煤共燃(co-firing),减少一部分耗煤。生物质与煤共燃可简化基础设施、提高秸秆的利用效率、缓解腐蚀问题、减少污染。从系统角度着眼,这样做才能把有限的、宝贵的能源有效地利用,才能带来能源系统的整体效益。 以上5个尺度提供了在利用可再生能源时应该思考的几个方面,结合前面的几个指标,即可因时、因地地对各种可再生能源的利用形成科学、理性的评估方法。 生物质能利用的原则 人与自然和谐相处,这是可再生能源、尤其是生物质能利用的最高原则。 人类用能大致经过几个阶段:薪柴煤炭石油天然气,各国由于资源不同,其发展阶段亦不同,这些阶段可能会有重叠和交叉。煤、石油、天然气是地球几千万、几亿年太阳能的沉淀,若用量较小时则问题不大,而现在由于人口的增长及现代化条件下人均用能的大幅度增加,引发了日益严重的资源、环境、生态问题。如:对其过度的开采(尤其是煤)将引发地表荒漠、土地塌陷、地下水破坏,甚至会造成资源枯竭;对其过度的使用将引发SO2、NOx、Hg、PM2.5(气动直径<2.5 m的可吸入颗粒物)、PM10(气动直径<10 m的可吸入颗粒物)等污染物及CO2、CH4等温室气体排放超标。若所产生的问题逐渐扩大,将影响到能源、环境、生态,直至延伸到经济、政治、军事领域,使其发展越来越显得不可持续。 人类为了解决由大量利用化石燃料带来的问题而转向大规模利用可再生能源,由于现代科学在物质、技术进步等方面的巨大成就,使得一些科学家和工程技术人员相信科学技术可以解决一切问题。实际上,科学技术只有尊重自然,善待自然,和自然和谐相处,才能成为第一生产力。目前,大规模、有份额地转向使用可再生能源,虽然用的是当年的太阳能(表现形式为:水能,风能,生物质能,太阳能的直接辐射能和热能等),但采集面积和大自然已存在循环的交互作用将会越来越大。也就是说,人类与自然的交互作用相互影响,相对于利用化石能源时人类与自然交互的范围、交互的深度、交互的频度等都将会起很大变化,甚至会从量变到质变。因此,在这种形势下,人与自然和谐相处,尊重自然,爱护自然,将进入一个新的阶段。否则,问题会越来越突出,弄不好还会为了解决一个问题而制造出另几个更为复杂、更为严重的问题,人类将为此付出惨重的代价,大自然的惩罚会来的更快、更早、更严峻。从本质上讲,没有人与自然的和谐,就没有人与人的和谐以及社会的和谐。 目前的自然环境是地球内、外动力在万亿年动态变化过程中的阶段表现,是不以人们的意志为转移的。人有生命,整个生态系统也有生命。自然与人在生态道德上是平等的。以敬重和呵护之心对待自然,是生态道德的基本要求。因此,从人与自然和谐的角度,人类对于可再生能源、尤其是生物质能、小水电等的开发应用,要持慎之又慎的科学态度,进行多方位的全面分析,切忌一哄而起,鲁莽行事! 对我国可再生能源合理利用的建议 我国能源系统是一个十分庞大、复杂的系统,不同的地区、在不同的时间段有不同的合理配置。对我国可再生能源的合理利用,应从能源生产、转化、输运和终端应用一体化等方面加以综合考虑,尤其是对具有分散、能源强度低等特点的可再生能源,更应该以面向终端应用为导向。下面是对我国合理利用生物质能的几点建议。 1 可再生能源相互之间及与化石能源相结合 在对可再生能源合理利用时,可考虑可再生能源相互之间的结合或可再生能源与化石能源相结合的综合利用,如: (1)风机和燃气轮机互补系统、风力和水力发电、风能和太阳能光伏技术、风机和柴油机互补系统、中小型聚风型风力发电与蓄电相结合等等,2种不同的能源相互结合,优势互补,可达到1+1>2的效果。应该特别强调的是,在多元化能源、可再生能源逐渐增大作用的阶段,加强研发多种廉价、方便的蓄能(蓄电、蓄冷、蓄热等)装置是十分重要的,这对充分利用随机性大的可再生能源有很大的意义。 (2)在建筑节能方面,可采用与建筑一体化的太阳能集热管+地源热泵+少量天然气补燃,或将较高温度的太阳能集热器用于制冷。 (3)在北方,为了在冬季多产沼气,可以将太阳能集热器用于沼气池的加热。 2可再生能源的利用与用户相结合 中国重化工业的发展阶段不可逾越,但化工业一般都是耗能大户,因此可以考虑将一些可再生能源的利用(如风力发电)和耗能大户(如电解铝、氯碱工业、电解水制氢、海水淡化等工业)结合起来。化工业生产过程可使用低压直流电,其运行工况允许一定程度地随风能的大小而变化,因而在有条件的地方可以发展非并网风电,直接为化工耗能大户提供生产用能。非并网风电的应用不仅可免除风电并网及耗能大户生产对电网的冲击,还能简化设备,降低成本。 其他如生物质利用和造纸工业相结合、和黑液处理相结合;生物质和煤脱灰、脱硫、制浆结合,加入一些有机废弃物,中小规模地生产燃料油等。 我国发展可再生能源一定要结合本国的国情,走出自己的路子,如风电非并网发电,结合我国新农村建设发展生物质能等。中国幅员辽阔,地域差别很大,资源各有不同,发展可再生能源不能一刀切,一定要分区域、分时段、科学合理地制定适合本地发展的长远规划。 节选自倪维斗《生物质能利用的现状、前景及应用指标》, 全文发表于《电力技术经济》 2009年第2期。
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谈谈生物质能的利用及评价指标(一)
niweidou 2009-12-28 13:01
目前,因化石能源的资源开发和应用所引起的环境问题越来越严重,使得可再生能源的发展越来越引起人们的注意,各国都投入大量的资金和科技资源进入可再生能源领域的研究与开发。与世界平均水平相比,我国人均资源更为贫乏、石油更为短缺、大量煤炭直接燃烧引发的环境问题更为严重,因而加大力度开发利用可再生能源是完全可以理解的,也是正确的。但因可再生能源的发展所涉及的方面比化石能源大得多,对人类和生态等多方面的影响尚不能十分清晰地预测,且对可再生能源,尤其是生物质能源的开发和利用将消耗大量的谷物或挤占其他经济作物的种植面积,而我国地少人多,粮食、食品供应体系薄弱,因而对可再生能源,尤其是生物质能源的发展一定要十分谨慎和理性,一定要结合中国国情科学地制定相关的发展规划和政策。 近几年来,世界燃料乙醇的生产快速增长,其产量从1985年到2005年20年间增长了3倍。2005年,全世界燃料乙醇的产量为3428万t,乙醇作为燃料占全世界汽油消费量的2%;生物柴油从1995年才发展起来,目前其年产量为226万t。 在美国,燃料乙醇快速发展的一个重要原因是世界谷物和油品价格比发生了变化。由表1可以看出,谷物价格相对于油价越来越低廉。以前,美国用粮食出口所得可以抵消石油进口的费用,但在2004年,美国粮食出口的收入只占石油进口费用的13%,为进口石油,美国花了1320亿美元,美国进口石油,出口粮食越来越吃亏。所以,用粮食做燃料以减少石油进口,在经济上是合算的,这是美国发展燃料乙醇的主要驱动力。2004年,美国生产燃料乙醇34亿加仑,占汽油总需求量的2%。 表1 谷物与石油价格的变化与比值 年份 谷物价格 (美元 / 蒲式耳) 石油价格 (美元 / 桶) 石油 - 谷物价格比 (蒲式耳 / 桶) 1950 1.89 1.71 1 1980 4.70 35.71 8 1990 3.09 22.99 7 1995 4.82 17.20 4 2000 3.10 28.20 9 2005 3.90 52.20 13 注:1蒲式耳(BU)=8加仑(gal)=35.24升(美制)。 目前,巴西年生产燃料乙醇达40亿加仑,可替代40%的汽油需求;巴西甘蔗的种植面积从2004年的530万公顷增至800万公顷,生产的甘蔗50%用于生产燃料乙醇。据说,巴西已与中国、日本商谈乙醇出口的问题。 欧洲在生物柴油方面走在世界前列,欧洲各国正大力推行以植物油为主要原料的生物柴油,但其原料大部分是进口的。 2004年德国生物柴油的产量是104万t,主要原料是油菜籽,可替代3%的柴油需求。德国准备在最近几年将生物柴油的年产量增加150%。 法国生物柴油的年产量为45万t,德、法按规划都准备在2010年用生物柴油替代5.75%的柴油需求。 美国生物柴油的年产量达89.3万t,其主要原料为大豆。 亚洲国家如印尼、马来西亚等国用棕榈果实生产生物柴油,出油率高。目前,欧洲正大量从这些国家收购棕榈油以生产生物柴油。 生物液体燃料应用的重要指标 1)全生命周期能量转换效率 全生命周期能量转换效率就是输入能量与作为燃料输出能量的比值,如:甘蔗榨出糖液以后,其渣可以用作燃料来加热和脱水,故把甘蔗作为整体来看,输入能量是1,输出能量是9;甜菜输入能量为1,输出能量为1.9;玉米就要差一些,若工艺先进,大抵是输入能量为1,输出能量为1.5,若工艺落后,其能量的输出与输入之比只有1.2或是更小,甚至会达到1:1。 与全生命周期能量转换系数相关的是全生命周期二氧化碳排放。这是一个非常重要的指标。譬如说用玉米做乙醇,就必须要把玉米从种植、运输、加工等环节所耗费的能量都考虑进去。如翻地、施肥(目前我国氮肥的主要原料是天然气和煤,是耗能产业)、收割、运输、加热、发酵、脱水等环节都需要外来能量的输入。在我国,一般是生产1 t乙醇需3.5 t玉米,在生产过程中需要0.6~0.8 t煤。我们用可再生能源的目的是开拓能源利用的新途径,使能源的来源多样化,同时考虑到作物在生长时从大气中吸收CO2,在随后作为燃料应用时放出CO2,一吸一放,似乎CO2的排放应该为零。但实际上,从生命周期考虑,有些生物燃料不仅没有增添新的能量,相应的CO2减排的能力也很小。所以,对任何可再生能源的作用必须从全生命周期的效率和排放来考虑,这样才能有一个客观的评价。 为了评价可再生能源中有多少份额是真正可再生或者是真正绿色的,特提出净可再生能源系数(或称之为绿色程度,简称为绿度)的概念,该系数的物理意义是:生物质加工后得到的能量有多大比例是真正可再生的。系数越低,表示可再生度越小,意味着这种可再生能源实际上对增加能源供应、减排CO2的贡献越小。 据某些专家研究,风力发电设备的制造与安装要耗费自身150天左右的发电量,考虑到其寿命为20年,则有较高的绿度。其他可再生能源,如光伏发电等,这个系数则要低得多。 2) 土地利用系数 土地利用系数是衡量土地的利用(单位输出所需土地的大小以及对土地质量的要求,如盐碱程度)和单位土地产出的一个标准,单位土地的产出对类似我国这样土地资源匮乏的国家十分重要。中国有多少土地可以用来生产有关植物以获得乙醇、生物柴油,这个问题必须深入研究。目前各种统计数据五花八门,相互之间差别很大,有些资料提出的所谓边际土地量非常大,实际上把已经退耕还林、退耕还草以及一些适宜种粮食但现在由于种种原因(如农民离家外出打工)弃耕的土地都算进去了,致使估计的可种植能源植物的土地面积偏大。 表2 多种植物的乙醇和生物柴油单位面积产出比较 产出品名称 植物名称 平均生产量 (升 / 公顷) 当量汽油 (升 / 公顷) 比例系数 (以甘蔗为 1.0 ) 乙醇 (热值是汽油的 67% ) 甜菜(法国) 6703 4491 1.08 甘蔗(巴西) 6213 4162 1 木薯(尼日利亚) 3845 2576 0.62 甜高粱(印度) 3511 2352 0.565 玉米(美国) 3321 2225 0.535 小麦(德国) 2599 1741 0.418 生物柴油 (热值是柴油的 90% ) 棕榈油 4709 4238 1 可可籽 2518 2206 0.452 油菜籽 958 862 0.2 花生 844 760 0.177 向日葵 768 691 0.16 大豆 524 472 0.11 对生物柴油来说,棕榈果实单位面积出油最多,其他作物相对要小得多。由于这个原因,东南亚及南美等地大量种植棕榈树,甚至不惜砍伐雨林作为代价,从而引起新的生态问题(如破坏了生物的多样性、影响CO2的吸收等)。我国从因地制宜的角度出发,应采取哪几种植物、在基因方面要做哪些研究、如何种植、如何示范等等都要进行扎扎实实的研究工作,当然,麻风树果实可以作为其中可选植物之一。 3)粮食安全(包括饲料)与生态评估 目前在世界上生产燃料乙醇和生物柴油的原料主要是玉米、甘蔗和棕榈,按当前的发展,即使在玉米、甘蔗和棕榈资源比较丰富的国家,也会出现不少社会和生态方面的问题,如:由于市场好,巴西大量种植甘蔗用于生产乙醇,致使亚马逊河雨林保护受到威胁,大片的森林被砍伐后减少了CO2汇,破坏了生态环境;美国大量用玉米生产乙醇,引起世界性粮食涨价;印尼、马来西亚大量种植棕榈树,引发了食品安全和生物多样性问题。已有报道:由于大量的棕榈油被用于生产生物柴油,导致棕榈油的价格上涨,当地居民不得不一定程度地割舍他们喜爱的油炸食品。 我国生产燃料乙醇和生物柴油的原料不可能以棕榈或甘蔗为主,必须要通过生物工程来培植耐旱、耐碱、单位面积出油率高的植物。 我国是人多地少的国家,土地资源较为匮乏,我国的农业耕地首先要保障十几亿人的吃饭问题,同时要考虑到粮食还要用作饲料等问题。我国是最大的猪肉消费国(约5000万t/年),每1kg猪肉要耗费3~5kg粮食,保证饲料供应也是我国食品安全的一个大问题。那么,我国若大量种植生产燃料乙醇和生物柴油的能源植物,是否会挤占农业耕地或多样性生物及森林的种植面积,引发粮食安全(包括饲料)或生态环境方面的问题?另外,由于我国土地比较分散,在种植生产燃料乙醇和生物柴油的能源植物时,以下2个方面的问题将十分突出且很难解决:大面积、低密度种植和集中大生产(即大量低能量能源植物的收集、运输和存储)的矛盾;连续的大生产和农作物成熟、收割季节性的矛盾。比如:甜高粱成熟收割以后,数星期内糖分将大量降低,其储存问题很难解决。以上问题是我国发展生物质能源时应综合考虑的问题。 我国的生态、自然条件要比美国、巴西、马来西亚差得多,发展生物质燃料一定要有一个度,以平衡各方面的影响。这个度是多少?需要深入研究和示范。 4水耗系数 按世界较先进水平,种植收获1 t干玉米需耗水350 t,种植收获1 t干小麦需耗水500 t(包括自然降水)。由于我国大多数采用漫灌方式,且灌渠漏水多,所以,种植收获1 t干小麦要耗水1000 t。也就是说,粮食是用大量的水换来的,若用粮食来生产液体燃料,则每吨生物替代燃料耗水极大。若1 t粮食耗水1000 t,意味着1 t当量汽油要耗水5000 t,这在我国是要慎重考虑的,因为我国水资源只有世界平均水平的1/4! 考虑到水资源的利用问题,目前,世界上把生物质利用的希望寄托在纤维素转化乙醇上,但该项技术远没有达到商业化程度,其中一样存在转换效率低、耗水量大和经济性差等问题。 节选自倪维斗《生物质能利用的现状、前景及应用指标》,全文发表于《电力技术经济》 2009年第2期。
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“种石油”应对气候变化
蒋高明 2009-11-27 20:08
窦观一 蒋高明    本文2009年11月27日发表于《科学时报》   今年9月,胡锦涛总书记在联合国发表《携手应对气候变化挑战》讲话。在讲话中,胡总书记承诺到2020年,中国非化石能源在一次能源消费中的比重将提高到15%,并增加4000万公顷的森林碳汇。这一讲话精神旗帜鲜明地表明了在全人类应对气候变化方面,中国政府的决心和信心。      我国是个燃煤大国,80%的电力来自燃烧煤炭,由此排放了大量温室气体。尽管在过去3年半内,我们基本关停了小火电,每年可减少1.1亿吨二氧化碳排放,但是去年十大发电集团耗煤所造成的环境损失仍相当于870亿元。为此,国家要求各发电集团在2020年内新能源比重至少要占8%。      作为非化石能源重点的风电近年来发展迅速。预计到2020年,我国装机容量将达到1.5亿千瓦,带动1.5万亿元投资,年可产生3000亿度电力,减少二氧化碳排放2亿吨。然而,目前绝大多数风电场都不盈利,主要是靠政策补贴生存,留存的税收有限,难以带动就业。即使如此,为了储备项目,电力企业还是把可再生能源重点放在风电上。      生物质能在中国有广阔的发展前景。生物质能实际上是太阳能的另外一种形式,是当年或近几年来分布在地面上的煤炭或天然气,它们都是植物光合作用产物。我国是一个土地资源相对贫乏的国家,四分之一的耕地是低产田,上亿亩的宜农后备土地未被利用。那些非粮田如边际性土地、冬闲田、林果地、沙荒地、滩涂等,种粮食不行,但种能源植物则不成问题。风电场实际占地不大,中间有大量的空地,那些用来风力发电的空地,如果再与种植业和养殖业相结合,则可以大大提高单位土地利用效率,带动广大农民就业,养殖业产生的有机肥用于还田,还可逐步改造低产田为中产田。以建设一个10万千瓦,投资 10亿元风电项目为例,国家要拿出12平方公里土地,但留存的税收才数百万。究其原因,是风电企业没有考虑到土地的利用效率,没有考虑到当地农民发展的需求。未来的可再生能源开发,必须同发展空地种植和种植地养殖充分结合起来,才能提高发电和温室气体减排的效益。      利用风电场和非粮田种石油简单易行、风险小、潜力巨大。如果在全国成立种石油碳汇特区,国家给予一定的优惠政策,总投资约1800亿元,就可带动一系列相关产业,发挥明显的生态、经济和社会效益。其中包括:至少可生产2000万吨生物柴油和乙醇,为1000万个农民和下岗职工提供原料生产岗位,13万加工生产岗位;在温室气体减排方面,种植0.15亿公顷草本植物,相当于增加了1500万公顷森林碳汇,可固定1.1亿吨二氧化碳,获碳交易收益110亿元。最后,每年生产2000万吨生物燃料,可发出500多亿度电,节约能源0.16亿吨标准煤,减少二氧化碳排放0.33多亿吨。这个大型种石油、促就业、促减排项目的总投资,甚至小于京沪1200公里的快速铁路(2000亿元),但其面上的综合效益远高于铁路线上的效益。      在发展非化石能源和增加碳汇方面,种石油要比水电和风电具有更好的投资和环境效益。三峡电站2009年一期完成后,总投资约1800亿元,年发电1000亿度,相当于一个大庆4020万吨的能源当量,每度电0.3元,年发电收入300亿元;风电到2020年投资1.5万亿元,每年约产生3000亿度电,每度电0.5元,年发电收入达1500亿元。而种石油投资1800亿元,其中2000万吨生物柴油, 每吨6000元,年收入1200亿元;3亿吨能源植物饲料,利润1200亿元,两项总收入达2400亿元。谁的效益更好?一目了然。      十七届三中全会提出了2020年农民人均纯收入比2008年翻一番的目标。中国农村家庭人均收入中(2006年为3587元),58%来自非农及进城务工。我国有1亿农民工进城务工,1.3亿在乡企岗位。全球金融危机下,我国经济生活受影响最大的是农民。另外,中国数千万下岗职工为现代化建设做出了不可磨灭的贡献。2005年,国家将下岗职工的基本生活保障向失业保险并轨,下岗职工原来没有缴纳社保金负担且基本有生活保障的待遇完全消失。那些年纪大、体力差、文凭低、在劳动力市场完全没有竞争力的4050人员(女满40岁、男50岁)亟需救助!      种石油对技术和年龄的门槛要求不高,是低枝上的水果,有助于农民和下岗职工就业。今年,印度政府批准了碳排放封顶和交易计划,预计将在2015年前形成一个总价值150亿美元的碳交易市场,这无疑给中国政府施加了一个重大的压力。在温室气体减排方面,中国必须拿出切实可行的方案,应对国际竞争。将温室气体减排与国计民生向结合,将是中国应对气候变化的明智之举。      为此我们建议,总结以往经济特区的成功经验,尽快设立种石油碳汇特区,整合已有的技术力量,围绕新能源开发,带领广大农民和下岗职工就业,发展中国的非化石能源产业,增加碳汇,积极应对全球气候变化。        (窦观一为九三学社中央资源与环境委员会委员)
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武汉生物质能研讨会
atlas 2009-11-19 22:35
16和17号两天跟老板沾光跑到华中农业大学参加了simon turner和 Daniel Cosgrove两个人的3个报告。 Simon主要是做拟南芥(双子叶植物)次生壁相关基因功能分析,和我们实验室路线很近,不过我们没有人家积累多。他给了两个报告,第一个是关于纤维素合成,主要讲了IRX系列的几个次生壁相关的 CESA 基因。他的几个冰冻时刻的图片相当的漂亮,另外,关于微管和CESA共定位的图也相当漂亮。 第二个报告主要关于他的xylan的研究,最近在irx系列中出现几个xylan相关的基因。 Daniel是美国科学院院士,主要做expansin的,而且在这个领域已经处于垄断地位了,目前知道的只有他一家在做。他给了一个全面详尽的关于expansin的介绍。还不错。 另外,值得一提的是,主办方彭良才老师的人还是蛮热情周到的,借老板的光,吃了两天的饭,呵呵,爽,武昌鱼咱终于也见识了,不过没有想象中的美味。 simon准备开讲 daniel报告 Simon和实验室去的人合影 陪同我们吃饭的帅哥美女 彭老师给simon礼物 什么楚钟? 我的留影 有点猥亵 呵呵
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佛罗里达大学研究人员发现“短吻鄂”细菌可提升纤维素乙醇生产
wangyk 2009-8-18 08:25
王应宽 编译 2009-08-17 UTC-6 CST UMN, St Paul 佛罗里达大学研究人员发现短吻鄂细菌 可提升纤维素乙醇生产 据位于甘斯韦尔的佛罗里达大学消息( July 27, 2009 ),该校的研究人员发现生长在短吻鳄树中的细菌有助于改善生产木质纤维素乙醇的工艺,将有助于解决国家的能源危机。(注:佛罗里达大学橄榄球队取名短吻鳄队 - the Gators ) 纤维素乙醇燃料的生产源于经常被丢弃的植物废弃物。典型的工艺是采用转基因工程的细菌或复杂的化学反应分解植物细胞壁中的复杂化合物,来生产单糖分子化合物,再发酵生产燃料级乙醇。 圣地亚国家实验室( Sandia National Laboratories ) 2 月份的报告预测,如果能降低生产成本,到 2030 年纤维素乙醇将可取代全美国汽油消耗量的 30% 。而降低成本的重要途经就是使生产更高效。 纤维素乙醇生产中效率低的原因很大程度在于在反应之初必须要用加热和加酸的办法预处理植物原料以分解植物细胞壁中的一些成分。佛罗里达大学食品与农业科学研究所的研究组在应用与环境微生物学学报( Journal Applied and Environmental Microbiology )报道称,有一种命名为 JDR-2 的朽木细菌( Paenibacillus Sp. )具有分解半纤维素的特殊能力。这种能力有助于改进预处理工艺步骤以便低成本高效率的生产乙醇。 通过工程改良细菌,像类芽孢杆菌 JDR-2 那样分解半纤维素,纤维素乙醇生产工艺可以大大简化。研究组几年前就筛选出了这种细菌,并被用于枫香树进行分解试验。目前研究组已经绘制出 JDR-2 的基因组图谱,预计年内将把 JDR-2 的纤维素分解能力转基因到细菌,用于生产乙醇。届时将设计高效的工艺以便用木材、农业废弃物和其他能源作物生产燃料乙醇。 资料来源: UF team finds alligator tree bacteria might improve cellulosic ethanol production http://news.ufl.edu/2009/07/27/sweetgum/ UF team finds alligator tree bacteria might improve cellulosic ethanol production Filed under Agriculture , Environment , Florida , Research on Monday, July 27, 2009. GAINESVILLE, Fla. Most would identify the tree by its often troublesome, spiky gumballs, but what many call the sweetgum tree also goes by another name, thanks to its distinctive, reptilian bark: the alligator tree. So it may be fitting that researchers from the University of Florida , home of the Gators, have found that bacteria growing in its wood may improve the process of making the fuel that might help solve the nations energy crisis. Cellulosic ethanol fuel is derived from plant material often thrown away as trash. Typically, the processes use genetically engineered bacteria or tricky chemical reactions to break down complex compounds in plant cell walls to produce simple sugar molecules that can be fermented into fuel-grade alcohol. A February report by the Sandia National Laboratories predicted that cellulosic ethanol could replace 30 percent of the nations gasoline by 2030 if the price can be brought down. A big part of reducing the price is making production more efficient. Much of the inefficiency in cellulosic ethanol production lies in the fact that it must be given a head start by cooking the plant material with heat and acids to break down some of the components in the plant cell walls. As the team from UFs Institute of Food and Agricultural Sciences reported in the July issue of the journal Applied and Environmental Microbiology, a strain of the wood-decaying Paenibacillus sp. bacteria named JDR-2 has a knack for breaking down and digesting one of these components, hemicelluloses. That knack could help modify preprocessing steps for cost-effective production of ethanol. The acids, the heating all of these steps you have to take beforehand are expensive, require a lot of work and, lets face it, no one wants to work with sulfuric acid on that scale if you dont have to, said James Preston , the team leader and a professor in UFs microbiology and cell science department . By engineering the bacteria already being used to produce ethanol to also process hemicelluloses the way this Paenibacillus does, you should be able to significantly simplify the process. Preston came across the bacteria a few years ago, as he was using decaying sweetgum trees to grow shiitake mushrooms on his tree farm in Micanopy, Fla. After studying the unusually uniform composition of the decaying wood, he and his colleagues went on to study the genetics of one of the bacteria digesting that wood. The team has now mapped JDR-2s genome, and Preston expects that, within the year, they will transfer genes behind JDR-2s abilities to bacteria used to produce ethanol. This would be followed by the design of processes for the cost-effective production of ethanol from wood, agricultural residues and other potential energy crops. Credits Writer Stu Hutson, stu@ufl.edu , 352-392-0400 Source James Preston, jpreston@ufl.edu , 352-392-5923
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佛罗里达大学获得基金资助研究树木品质改良基因以生产生物燃油
wangyk 2009-8-18 08:22
王应宽 编译 2009-08-17 UTC-6 CST UMN, St Paul 佛罗里达大学获得基金资助研究树木品质改良基因 以生产生物燃油 佛罗里达大学的研究人员新发现一种基因将成为采用林木生物质高效生产燃料乙醇的关键。所发现的这种基因,有助于调节树木的生长和木材纤维的组成,可能有助于培育出适于生产生物燃油和造纸的改良树种。并因此得到 643 万美元的联邦基金资助,继续开展此项研究。 项目组将研究这种基因如何有助于调节细胞壁的化学组成和结构以及在何时何地发生。最终通过转基因工程培养改良树种,来调节木材的组成成分和生物质的生长。 纤维素容易分解为葡萄糖,然后发酵生产燃料乙醇。因此,希望培育高纤维素低木质素的树种,以便于生产燃料乙醇。同时,这种树叶有利于造纸。 Kirst 的研究生 Evandro Novaes 从杨树里发现和分离出一种基因 Cpg13 ,代表在染色体 13 上面碳的分解和生长,对木材成分和生物质生长起着关键作用。研究还发现,高纤维素含量的树种生长很快。研究很可能培育出高纤维素低木质素的新树种,快速为生产生物燃油和造纸提供大量优质的原料。 还可能研究培育出树木枝干纤维素含量高而根部木质素含量高的树种。研究还表明,氮肥对调节杨树生物质组分和生长具有显著影响。营业与基因的相互作用研究将会对人类的健康产生影响。 博主感慨: 2002年,中国成为世界上第一个批准商业化种植转基因树的国家,目前 拥有世界上释放面积最大的转基因林木的林地。目前,中国已掌握了杨树、桦树、桉树、落叶松、核桃、橘子、苹果、猕猴桃等多树种组织培养技术和外源基因转化技术,建立了多树种组织培养和遗传转化系统;已进行转化的基因主要包括抗虫、抗病、抗除草剂、抗逆境(包括耐盐、耐旱、耐冷、耐高温等)、生殖发育调控、材性改良等方面。但好像在品质改良培育能源树种方面的研究报道不多。佛罗里达大学的这项成果如若预期,将意义重大,理论上的突破有可能获诺贝尔奖,产生的经济效益巨大,将拯救能源危机。如今又让美国专家领先了! 资料来源: UF researchers receive $643,000 federal grant to study wood-quality gene for fuel production. http://news.ufl.edu/2009/07/23/tree-grant/ UF researchers receive $643,000 federal grant to study wood-quality gene for fuel production Filed under Agriculture , Business , Environment , Florida , Research on Thursday, July 23, 2009. GAINESVILLE, Fla. A newly discovered gene may be the key to producing fuel ethanol more efficiently from trees, and the University of Florida researchers who identified it have received a prestigious federal grant to investigate further. The gene, which helps regulate wood growth and the composition of wood fiber, could also lead to improved tree varieties for pulp and paper. Matias Kirst and Gary Peter , plant geneticists with UFs Institute of Food and Agricultural Sciences , lead the team. They received one of seven 2009 Plant Feedstock Genomics for Bioenergy grants a program from the U.S. Department of Agricultures Cooperative State Research, Education and Extension Service, and the U.S. Department of Energys Office of Science. The grants, totaling $6.32 million, were announced this week. The UF teams three-year, $643,000 grant will fund research on how the gene helps regulate cell wall chemistry and structure. The scientists will also investigate where and when its effects occur. Eventually, they will create genetically engineered trees that overexpress or underexpress the gene, to study resulting changes in wood composition and biomass growth. We focus on understanding very fundamental biological mechanisms that may be critical for the productivity of tree species and the quality of wood products, said Kirst, with UFs School of Forest Resources and Conservation . The gene cpg13 appears to play a critical role in these traits. Cpg13, which stands for Carbon Partitioning and Growth on chromosome 13, was identified by one of Kirsts graduate students, Evandro Novaes. The gene was isolated in poplar trees but may exist in other species. It appears cpg13 controls how much of the carbon taken up by a poplar tree is used to make cellulose and lignin, two major building blocks of plant cell walls. Cellulose is a complex carbohydrate, which can be broken down into glucose and fermented to produce biofuels. Wood with high cellulose and low lignin content is better suited for biofuels such as ethanol, because it should convert more efficiently and with greater yields. High cellulose content is also a desirable trait for producing pulp and paper. Whats more, theres apparently a link between high cellulose content and fast tree growth, Kirst said. It may be possible to engineer trees that not only produce large amounts of wood quickly, but also have the ideal properties for biofuel, as well as pulp and paper production. However, there is a potential benefit to trees with high lignin content. Plant materials rich in lignin degrade slower than those with more cellulose. It may be possible to engineer high-lignin trees that could be used to store carbon and reduce greenhouse gases that cause global climate change. Another possibility, Kirst said, would be to develop trees with high cellulose content in stems and high lignin content in roots, offering the best solution for mitigating greenhouse gases. The team also published a paper in the June issue of New Phytologist demonstrating that nitrogen fertilizer has a significant effect on genes that regulate growth and wood composition in poplar trees. One expert likened the UF paper to studies showing that the interplay between nutrition and genetics has consequences for human health. Malcolm Campbell , a professor with the University of Torontos department of cell and systems biology, said scientists have often viewed improvement of tree crops as a matter of genetic selection, but the UF teams work demonstrates that much can be changed in the wood composition by silvicultural practices. The way this will shape forestry for the future is quite cutting-edge, Campbell said. Credits Writer Tom Nordlie, tnordlie@ufl.edu , 352-273-3567 Source Matias Kirst, mkirst@ufl.edu , 352-846-0900 Source Malcolm Campbell, malcolm.campbell@utoronto.ca , 416-946-0817
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