微生物在生物能源生产中的应用

摘 要：本文首先介绍了微生物与生物能源的基本内容，分析了微生物在新能源生产中的作用，并结合相关实践经验，分别从生物柴油生产与生物制氢等多个角度与方面，探讨了微生物在新能源生产中的应用方式，阐述了个人的几点浅见。

关键词：生物能源生产;微生物;价值作用;方法应用

前言

随着经济社会的持续快速发展，生物能源生产工作迎来前所未有的重大发展机遇，如何有效运用微生物这一关键要素，按照特定技术路径，全面优化改进生物能源生产工作实效，提升经济效益，备受业内关注。本文就此展开了探讨。

1.微生物与生物能源概述

当今社会，能源结构调整趋势日趋明朗，对生物能源生产提出了更高要求。当前形势下，有必要立足生物能源生产的客观实际，灵活运用微生物要素，促进生物能源生产效能的改进提升。近年来，国家相关部门高度重视生物能源生产中微生物的应用，在细化完善微生物应用规则方法，强化生物能源生产过程控制等方面制定并实施了系列性标准规范，为新时期微生物的高效稳定应用提供了基础遵循与导向，在生物能源生产领域取得了令人瞩目的现实成就。尽管如此，受限于微生物应用技术模式等要素，当前其在生物能源生产应用中的薄弱环节依然突出，微生物应用技术的针对性尚有较大提升空间，相关生产技术水平有待于进一步巩固提升[1]。

2.微生物在新能源生产中的作用分析

在当今经济社会建设环境中，煤炭和石油等非可再生资源的供应紧张程度日益增大，开始出现日益锐减的发展趋势，并在极大程度上提高了传统能源的使用成本。从可持续发展的理念来看，新能源在相关领域中的应用将产生更为迫切的现实需求。在新能源生产实践中，微生物的关键价值作用不言而喻，有助于破除传统技术条件下能源资源形成的难点问题，进一步释放新能源供应活力，降低能源生产与供应成本，构造完善而可靠的现代能源供应体系。在微生物的支持作用下，可在牧草或农业废物等物质中提取液态燃料，用以代替传统能源，充分满足特定范围内的能源资源需求，符合当前高要求、高标准的生物能源生产需求。可以预见，在不久的将来，微生物将成为现代新能源生产中的核心载体，其替代高级能源的潜质将被全面激发，在极大程度上明确生物工程的未来发展方向。

3.微生物在新能源生产中的应用方式

3.1微生物在生物柴油生产中的应用

生物柴油在环境效益方面独具优势，且属于可再生资源范畴，因而在现代经济社会中颇具吸引力。与石油及其衍生物相比，使用生物柴油作为替代燃料具有许多环境优势，例如硫酸盐几乎为零排放;考虑到整个生命周期（包括种植、生产石油和转化为生物柴油），二氧化碳的净贡献很小;以生物柴油为燃料的发动机产生较少的未燃烧一氧化碳。与普通柴油相比，生物柴油的毒性要小得多。柴油也更耐生物降解，产生更多腐殖质产品。生物柴油很容易被生物转化。生物柴油（脂肪酸短链醇酯）是一种替代柴油，目前由植物油和动物脂肪生产。它由油或脂肪形式的甘油三酯与简单的一元醇催化反应形成的单烷基酯组成。生物柴油可以通过化学转化过程生产，该工艺将油籽作物转化为生物柴油，作为石油柴油的替代品，还可以用废弃的植物油或动物脂肪制造。菜籽油、玉米油或红花油等植物油可作为柴油使用，无需进一步加工。然而，酯交换过程降低了植物油的高粘度，从而产生了更高质量的燃料。在酯交换过程中，植物油在催化剂存在下与醇（甲醇或乙醇）反应。以菜籽油为原料时，反应产物为甘油和菜籽油甲酯或乙酯（RME或REE）。作为生物柴油，RME或REE可以直接使用，也可以与石油柴油混合使用。油脂的酯交换反应可以由微生物脂肪酶催化，这对环境友好的过程更有利。脂肪酶催化酯交换过程的研究主要集中在脂肪酶类型，溶剂条件（有机或水，或无溶剂）和不同的酰基受体（如图1所示）。

3.2微生物在生物制氢中的应用

氢是宇宙中含量最丰富的元素，约占所有物质的四分之三。它是一种清洁环保的燃料，燃烧时产生水而不是温室气体。此外，它还具有较高的能量产率，是碳氢燃料的2.75倍，可以通过燃料电池直接用于发电。作为一种可持续能源，氢是一种很有前途的化石燃料替代品。生物制氢已经有一个多世纪的历史，针对生产氢燃料的研究已经进行了四分之一个多世纪。光能可以通过鱼腥藻柱状的光合作用转化为自由能氢，而生物氢也可以通过生物光解由层粘连蓝藻产生。还有其他潜在的生物转化过程可通过热厌氧杆菌将食物垃圾转化为氢气。

3.3微生物在生物气生产中的应用

生物气体是甲烷、二氧化碳和微量气体（氮气、氨、二氧化硫、硫化氢和氢气）的混合物，具体取决于所用原料。当细菌在缺氧的情况下降解生物材料时，就会产生沼气，这一过程称为厌氧消化，几乎可以使用任何有机材料作为基质。天然气最初是在煤矿中发现的，对煤矿中的产甲烷细菌进行了分离和研究。研究表明，原油可以通过石油降解产甲烷联合体转化为天然气。其他基质如生活垃圾的有机部分和饲料甜菜青贮饲料，可通过厌氧细菌的高温消化用于沼气生产。将有机物转化为沼气有许多优点，例如，产生可作为能源的燃气;消化后的饲料可作为优质有机肥料;缓解废物处理问题。因此，它将使生活在农村地区的人们受益。特别是在中国农村地区，生活能源的短缺制约了农村经济的发展。虽然甲烷生产技术已经成熟，但转化效率还不够高，而且产量对温度敏感。因此，需要进一步的研究来提高转换效率。

3.4微生物燃料电池生产生物电

一些微生物，如细菌，具有分解有机基质和发电的能力。微生物燃料电池（MFC）是一种生物反应器，通过微生物催化的生物转化过程将有机化合物中的化学能转化为电能。细菌对有机化合物的氧化进行催化，并将电子转移到阴极，在那里被氧气接收，从而在电路中产生电能输出。MFC最显著的优点是，它可以直接从生物质中产生生物电，无需燃烧，因此无污染。一种机制是直接接触转移，通过细菌细胞膜或膜细胞器与燃料电池阳极的物理接触以及导电纳米线进行。另一种机制是通过外源氧化还原介质或代谢物介导的电子转移。生物转化过程可用于处理废纸回收、酿酒等产生的废水，MFC产生的电力可补偿污染处理过程中消耗的能源。

结语

综上所述，微生物的核心价值决定了其在生物能源生产中的关键地位，相关技术人员应立足生物能源生产的客观实际，高度重视微生物的关键应用规则，创新方式方法，将其转换为优化生物能源生产质效的重要载体，提升综合经济效益。

参考文献：

[1]曹蕾，衣兰智，孙娟.生物质能源在燃料生产与发电方面的应用现状与前景[J].草业科学，2021，26（9）：49-53.