第2章 资源生物学 生物质资源

生物质的概念生物质是指由植物、动物等有机物质在自然界、人类活动等过程中深度转换而成的固体、液体或气体能源。

生物质作为一种可再生的能源资源，具有广泛的应用前景和环保优势，被各国政府和企业广泛开发和利用。

一、生物质的类型及特点1.生物质的类型生物质可分为固体生物质、液体生物质和气体生物质三种类型。

固体生物质：是指由植物、动物等有机物质在干燥、烘干等处理过程中所得的固体物质，主要包括植物秸秆、木材、残留物等，如秸秆、玉米秸秆、麦秸、棉杆等。

液体生物质：是指由植物、动物等有机物质在液态化过程中所得的物质，主要包括生物燃料、生物柴油、生物液化气等。

气体生物质：是指由植物、动物等有机物质在腐烂、发酵等过程中产生的气体，主要包括沼气、生物气等。

2.生物质的特点①可再生性:生物质是一种可以再生的资源，与化石燃料相比，生物质使用后不会流失，而是可以再次利用。

②低碳排放:生物质的使用过程中，与化石燃料相比，其二氧化碳排放量极低，不会对环境造成太大的污染和影响。

③贡献环保:生物质的利用是一种环保的能源形式，它可以减少垃圾堆积、防止水体污染及空气污染等。

④利用范围广:生物质的使用范围非常广泛，它可以用于农业、工业、能源等领域，有很高的综合利用价值。

二、生物质的应用领域及优点1.生物质在农业领域的应用农业废弃物是指农业生产中天然生长的各种植物所产生的废弃物，通过充分利用可以将其转化为有用的资源。

这些废弃物的利用能够降低环境污染，增加农民收入，也可提高农业生产的效益。

生物质在农业领域的应用体现在以下几个方面：（1）植物秸秆的利用。

对秸秆进行深度加工可以制造出生物质燃料颗粒或生物质炭等，可以替代有害化石燃料，对环境和自然资源有很好的保护作用。

（2）生物质肥料的应用。

通过将农业废弃物深度处理并加工，可以制造出生物质肥料，可替代传统化肥，提高土壤肥力，提高粮食产量，有益于农业生产的发展。

2.生物质在工业领域的应用生物质在工业领域的应用领域非常广泛，可应用于工业废水、工业废气、废弃固体等每一个环节，从而实现化学、农业、制药、纸浆和造纸等多个行业对生物资源和生物质能源的替代。

1 生物质、生物质能的概念生物质：自然界中有生命的，可以生长的各种有机物质，包括动物、植物和微生物。

生物质能：由太阳能转化而来的以化学能形式储存在生物质中的能量。

2 生物质的种类和资源种类1）农业生物质资源：农作物（包括能源植物）、农业生产废弃物、农业加工业废弃物等2）林业生物质资源：森林生长和林业生产过程中所提供的生物质资源3）畜禽粪便：畜禽排泄物的统称4）生活污水和工业有机废水：农村和城镇居民生活、商业和服务业的各种排水组成5）城市固体有机废弃物：主要由城镇居民生活垃圾，商业、服务业垃圾等固体有机废弃物组成，成份复杂。

资源特点1）资源分布十分广泛，远比石油丰富，可以不断再生。

2）城市内燃机车辆使用从生物质资源提取或生产出的乙醇、液态氢时，有利于保护环境。

3）开发生物质能源，可以促进经济发展，提高就业机会，具有经济与社会的双重效益。

4）在贫瘠的或者被侵蚀的土地上种植能源作物或者植被，可以改善土壤、生态环境，提高土壤利用度。

3 生物质能转换技术有哪些类型？1）直接燃烧技术：最普通的生物质能转化技术，即燃料中可燃成份和氧化剂（一般是空气中的氧气）发生氧化反应的化学反应过程，在反应过程中强烈析出热量，并使燃烧产物的温度升高。

2）生物转换技术：用微生物发酵方法将生物质能转化为燃料物质的技术，通常生产的液体燃料为乙醇，气体燃料为沼气，并伴有二氧化碳产生。

3）热化学转换技术：在加热条件下，用热化学手段将生物质能转换成燃料物质的技术。

常用的方法有气化法、热裂解法和高压液化法。

4）其他转换技术：生物质压缩成型技术，生物柴油，生物质制氢。

第二章生物质能资源与能源植物1 生物质能资源有何特点(1)可再生(2)普遍、易取(3)可储存和运输(4)挥发组分高，炭活性高，易燃(5)环保(6)是能量密度较低的低品位能源.2 生物质化学组成的主要成分有哪些？(1)纤维素(2)半纤维素(3)木质素(4)淀粉(5)蛋白质(6)其他有机成分(有机物)(7)其他无机成分(无机物)3 生物质的元素分析成分有哪些？C H O N S P K 灰分等4 生物质组成成分的工业分析成分有那些？水分挥发分灰分固定碳5 生物质的物理特性和热性质主要包括：1、粒度，形状和粒度分布2、密度和堆积密度3、摩擦和流动特性角4、比热容5、导热性6 能源植物：能源植物通常包括速生薪炭林，含糖或淀粉植物，能榨油或产油的植物，可供厌氧发酵用的藻类和其他植物等。

生物质资源化学第一章生物质资源化学概论第一节生物质资源化学的发展1.生物质资源的定义自然资源：一定时间、空间条件下自然界中一切能够为人类所利用并产生的经济价值的、能够提高人类当前和未来福利的自然诸要素总和。

生物资源：生物圈中对人类有一定经济价值的动物、植物、微生物及其组成的生物群落生物质：地球上一切生物（动物、植物、微生物）产生的生物量生物质资源：广义上?狭义上2.生物质资源化学的研究内容和重要性生物质资源化学区别于生物学，生物学是研究结构功能以及对其进行改进；生物质资源化学：以生物质为原料进一步加工加以利用。

研究的三大内容：（1）能源与燃料（最广泛）常规能源：传统石化能源，非传统石化能源如页岩气新能源：太阳能、风能、地热能、核能、生物质能（航空油）（2）化工产品生物质资源几乎可代替石油生产所有化工原料（目前成本等问题尚未解决）（3）材料（丝绸）重要性生物质资源引起重视和广泛研究源于2个原因：①石油资源的枯竭（/过度开采煤炭资源造成地陷或者其他环境问题）；全球三大问题——资源枯竭、人口膨胀、环境污染，根本问题在于资源枯竭②生物可降解性（石油加工的许多产品难降解）（③结构独特，如甲壳素）目前全世界都在积极进行生物质资源的研究（生物质资源是石化资源的20倍，量大且可再生可降解）3.生物质资源分类按照分子大小分类：天然高分子：分子量>2000，基团确定，分子结构难以确定，一般为混合物天然小分子：分子量<2000，基团确定且分子结构确定结构不同研究方式方法不同按照结构（基团）分类：醇、胺、羧酸、酯、酚、芳香族、脂肪族按照应用角度分为：蛋白质、多糖、药物、油脂4.生物质资源特点①天然可再生（本质上是对太阳能的利用）②生物亲和性、生物分解性③独特的化学结构和功能对其合理利用可达到2点效果：资源不枯竭、减少环境污染5.生物质资源发展（1）最初淀粉造酒，竹子制纸（2）变性淀粉，如纤维素化工（起源？）（3）化学生物物理阶段第二节生物质资源化学的研究方法1.基本途径和原理原理：顺应其结构（符合绿色化学、原子经济学）基本途径：化学处理，化学反应改造（无机有机，醚化、酯化、络合物、螯合物、共聚、缩合、接枝）物理处理，如超声波（断链，大分子改造为小分子），光照，共混，蒸汽爆破生物与酶处理，如发酵，植物组织培养，基因工程；甲醇汽油、乙醇汽油2.结构和性能研究的方法①纯度分析方法：液相色谱：除了永久性气体物质都可适用气相色谱：针对挥发性（热稳定）气体电泳：适用于（带电荷高分子）蛋白质、核糖核酸、糖类②结构分析高分子：具有化学结构（元素组成）、二级结构（分子量和分子量分布，有条件还可测量链结构，色谱（利用分子大小不同分离）、x-衍射、红外）、聚集态结构（链与链之间的结构，热分析、电镜）；核磁？低分子：（只有）化学结构（需要检测）；四大分析方法：红外光谱（IR）、核磁共振（HMR）、紫外可见（UV-VIS）、质谱（MS）③性能测试，如力学、光学、生物降解性能、电学第三节几种重要的生物质资源纤维素甲壳素淀粉胶原蛋白大豆蛋白各种多糖天然药物油脂天然树脂第二章提取分离技术第一节提取1.萃取：利用物质在不同溶剂中的溶解性能不同全分析的萃取顺序：有机溶剂（小分子如生物碱）→极性溶剂（极性基团如黄酮）→水（高分子如多糖、蛋白质）→酸或碱（带酸或碱基团的高分子）方法：浸渍（适用于对温度敏感的组分，影响因素：温度、时间、用量、粉碎程度）、煎煮、回流提取2.蒸馏：利用物质的沸点不同，常用于香料（如玫瑰精油）、一些生物碱直接蒸馏：完全利用沸点，物质按照沸点高低顺序分离水蒸气蒸馏：分离相与水不互溶，利用温度达到水沸点时的分压的差异，凭借水蒸气将分离相带出3.压榨：常用于食用油（如茶油、菜籽油）以及工业上的桐油?以上3种为温和的物理方法 4.化学处理（反应）：如纤维素用碱高温蒸煮5.蒸汽爆破：如爆米花，米（含水）处于高温高压状态下骤然降压产生蒸汽6.生物与酶：如纤维素、甲壳素第二节 分离纯化1.升华：产品纯度高但使用对象有限，如咖啡因的提取2.重结晶：对象溶于溶剂利用不同温度下溶解度差异结晶分离。

一、名词解说⒈自然保护区：拥有法定界限，被指定用来负担拥有特别价值或好处及特定自然特征等地区的保护任务的地区，叫自然保护区。

⒉动物驯化：引种动物对引种区内一些状况因子的耐受限制发生合适调理，在生理习惯、形态构造上存在必定程度的变化，以适应新的状况条件的过程。

⒊生物质源的周期性：是生命现象独有的时间上的层次布列，表现为生物质源的数目周期性和质量周期性两个方面。

⒋直接价值：与生物质源花费者的直接利用和满足相关。

经过标价，直接价值凡是比较简单察觉和衡量。

⒌生物质源：指生物圈中对人类拥有必定经济价值的动物、植物、微生物有机体以及由它们所构成的生物群落。

⒍区系：⒎生物质源的系统性：指任何生物物种在自然界中并不是独自存在，而是产生一种系统关系，所以在利用生物质源时，必定从整体出发，进行综合利用。

⒏种群的最大连续产量：是在单位面积或某一自然地段上的自然生态系统中，能够长远不停地获取人类所需的某种或某类生活物质能凑近或能达到的最大理论产值。

要保持种群的最大连续产量，应使资源种群保持在N〔种群内个体数〕=K〔状况容纳量〕/2水平，假如N>K/2，表示种群利用不足，如N<K/2，表示利用过分。

⒐保护生物学：是一门综合性学科，目标是评估人类对生物多样性的影响，提出防守物种灭绝的详细措施。

它拥有理论科学和应用科学的两重特征，由基础生物学、应用生物学和社会科学交织交融而成。

⒑引种：从外处或外国引进一个当地区或本国所没有的动物或植物，经过驯化培养，使其成为当地区的一个种植品种。

⒒生物质源的有限性：生物质源虽属于可改革资源，但其改革本事有必定极限，其实不可以无穷制的增加下去。

⒓缓冲区：位于核心区四周，包含一部分原生性生态系统种类和由演替种类所据有的半开发的地段，对外界的影响和破坏起到必定的缓冲作用，还能够进行某些试验性或生产性的科学试验研究。

⒔动物地理分布：任一种动物所据有必定的地理空间或及分布区，动物在这里达成成长、发育、生殖等全部生命活动。

21世纪绿色可再生资源———生物质闫有旺（聊城大学农学院，山东聊城，252000）摘要作为植物光合作用产物的淀粉、纤维素和木质素的生物质每年以约1640亿吨的速度不断再生，如以能量换算，相当于目前石油年产量的15~20倍，这些丰富的可再生生物质资源被认为是21世纪可被人类利用的最丰富的绿色资源。

生物质资源的利用有利于生态环境的保护，符合可持续发展战略的要求，特介绍生物质资源应用的现状、制约因素、意义和生物质资源应用的前景。

关键词生物质应用制约因素意义开发前景中图分类号@143.1文献标识码A文章编号1008-9411（2003）05-0001-03作为人类主要能源和有机化工原料的煤、石油和天然气，曾经为人类经济的繁荣、社会的进步和生活水平的提高做出了很大的贡献。

但是，由于煤、石油和天然气等矿物资源不可再生，因此它们不是人类所能长久依赖的理想资源。

再者目前地球所面临的环境危机直接或间接的与矿物燃料的加工和使用有关，比如这些矿物的燃烧后放出大量的CO2、SOX、NO X，被认为是形成局部环境污染、产生酸雨以及温室气体等地区性环境问题的根源。

因此，选择更为清洁的能源和化工原料新资源，自然成为以消除污染、实现可持续发展为目标的绿色化学的研究内容。

从绿色化学的角度来考虑，作为人类能够长久依赖的未来资源和能源，它必须是储量丰富，最好是可再生的，而且它的利用不会引起环境污染。

基于这一原则，人们普遍认为以植物为主的生物质资源将是人类未来的理想选择。

1生物质资源及其应用绿色植物利用叶绿素通过光合作用把空气中的CO2和H2O转化为葡萄糖并将太阳光的光能储存在其中，然后葡萄糖再进一步聚合成淀粉、纤维素、半纤维素和木质素等多糖并构成生物体。

因此，生物质可理解为由光合作用产生的所有生物有机体的总称，包括植物、农作物、林产废弃物、海产物（各种海草）和城市废弃物（报纸、天然纤维）等。

生物质资源不仅储量丰富，而且可以再生。

据估计，作为植物生物质的最主要成分-木质素和纤维素每年以约1640亿吨的速度不断再生，如以能量换算，相当于目前石油年产量的15~20倍。

《生物质资源开发与利用》课程教学大纲一、课程基本情况课程代码：1061239032课程名称：生物质资源开发与利用/Development and Application of Biomass Resources课程类别：专业选修课开课学期：第7学期学分：2总学时：32理论学时：32实验/实践学时：0适用专业：生物技术适用对象：本科先修课程：普通生物学、微生物学、生物化学、发酵工程开课学院：环境工程与化学学院二、课程简介《生物质资源开发与利用》是生物技术专业的专业选修课之一，通过该课程的学习，使学生掌握生物质功能及种类、废弃物资源及生物质原料植物资源的特点、生物质能源转化的基本原理，理解生物质开发利用的社会、经济和生态效益、国内外开发利用现状及我国生物质发展思路与原则，初步掌握主要生物能源原料高效生产和主要生物质能转换、利用方式技术及其存在的主要问题和发展方向，拓宽专业视野，增强学生生态环境保护和可持续发展意识。

三、课程教学目标1．课程对毕业要求的支撑指标点7.1 熟悉生物技术行业的技术标准、产业政策和法律法规，并正确理解生物技术对人类健康、社会、经济、环境等方面的影响。

指标点10.2 能够运用现代技术平台，选择适当途径拓展自身知识水平的能力，主动适应不断变化的国内外职业环境，具备持续学习的能力，以适应经济社会发展的需要。

2．课程教学目标（1）掌握生物质功能及种类、废弃物资源及生物质原料植物资源的特点，了解生物质原料资源的利用前景。

（2）掌握生物质能源转化原理及技术、生物基产品转化及废弃物资源化原理及技术，能够运用相关技术对生物质资源进行能源化利用及对固体废弃物进行资源化利用。

（3）理解生物质开发利用的社会、经济和生态效益，增强生态环境保护意识，树立资源循环利用理念。

四、教学内容及重难点第一章生物质的概念、功能及种类1. 教学内容：生物质概念，生物质在物质循环中的功能和意义。

生物质的类型，生物质的化学组成与特点。

生物质资源的转化与生物化工工艺优化摘要：本文探讨了生物质资源的转化与生物化工工艺优化的关键问题，着重分析了生物质资源的可持续性利用和生物化工工艺的改进。

首先，介绍了生物质资源的重要性和现有问题，随后提出了优化生物化工工艺的必要性。

接下来，详细阐述了生物质资源的不同转化路径以及生物化工工艺的改进方法。

最后，总结了未来生物质资源转化和生物化工工艺优化的发展方向和前景。

关键词：生物质资源，生物化工，可持续利用，工艺优化，转化路径生物质资源是一种丰富而可再生的资源，包括木材、农作物残留物、生活垃圾等。

它们具有巨大的潜力，可以用于生产能源、化学品、材料和其他各种有价值的产品。

然而，有效地转化生物质资源并最大限度地利用其潜力仍然是一个具有挑战性的问题。

本论文将重点关注生物质资源的转化以及生物化工工艺的优化，旨在提出一些可行的解决方案来实现生物质资源的可持续利用和生物化工工艺的改进。

1. 生物质资源的重要性和现有问题生物质资源是可再生的，通过可持续管理和种植，可以不断供应。

相比之下，化石燃料有限，且其采集和使用对环境有害。

生物质资源的燃烧和利用通常产生较少的碳排放，有助于减缓气候变化。

生物质资源可以用于生产能源（生物能源、生物燃料）、化学品（生物化学品、生物聚合物）、材料（纤维、建筑材料）以及其他高附加值产品，具有广泛的应用前景。

利用生物质资源可以减少农业和食品加工废弃物的堆积，有助于减轻环境压力。

尽管生物质资源具有重要的潜力，但其可持续利用仍然面临一系列挑战和问题。

生物质资源的供应受季节、气候和地理位置的影响，因此在某些地区和时间可能出现供应短缺。

过度开采生物质资源可能对生态系统和生物多样性产生不利影响，需要谨慎管理。

生物质资源用于生产食品、能源、材料和化学品等多个用途，需要在各个领域之间寻找平衡。

将生物质资源有效地转化为高附加值产品需要克服技术挑战，包括高效的生物转化和工艺优化。

一些生物质资源转化路径的经济可行性尚待提高，需要更多的研发和投资。