生物燃料研究精選(九篇)
前言：一篇好文章的誕生，需要你不斷地搜集資料、整理思路，本站小編為你收集了豐富的生物燃料研究主題范文，僅供參考，歡迎閱讀并收藏。
第1篇：生物燃料研究范文
微生物燃料電池并不是新興的東西，利用微生物作為電池中的催化劑這一概念從上個世紀70年代就已存在，并且使用微生物燃料電池處理家庭污水的設想也于1991年實現。但是，經過提升能量輸出的微生物燃料電池則是新生的，為這一事物的實際應用提供了可能的機會。
MFCs將可以被生物降解的物質中可利用的能量直接轉化成為電能。要達到這一目的，只需要使細菌從利用它的天然電子傳遞受體，例如氧或者氮，轉化為利用不溶性的受體，比如MFC的陽極。這一轉換可以通過使用膜聯(lián)組分或者可溶性電子穿梭體來實現。然后電子經由一個電阻器流向陰極，在那里電子受體被還原。與厭氧性消化作用相比，MFC能產生電流，并且生成了以二氧化碳為主的廢氣。
與現有的其它利用有機物產能的技術相比，MFCs具有操作上和功能上的優(yōu)勢。首先它將底物直接轉化為電能，保證了具有高的能量轉化效率。其次，不同于現有的所有生物能處理，MFCs在常溫，甚至是低溫的環(huán)境條件下都能夠有效運作。第三，MFC不需要進行廢氣處理，因為它所產生的廢氣的主要組分是二氧化碳，一般條件下不具有可再利用的能量。第四，MFCs不需要能量輸入，因為僅需通風就可以被動的補充陰極氣體。第五，在缺乏電力基礎設施的局部地區(qū)，MFCs具有廣泛應用的潛力，同時也擴大了用來滿足我們對能源需求的燃料的多樣性。
微生物燃料電池中的代謝
為了衡量細菌的發(fā)電能力，控制微生物電子和質子流的代謝途徑必須要確定下來。除去底物的影響之外，電池陽極的勢能也將決定細菌的代謝。增加MFC的電流會降低陽極電勢，導致細菌將電子傳遞給更具還原性的復合物。因此陽極電勢將決定細菌最終電子穿梭的氧化還原電勢，同時也決定了代謝的類型。根據陽極勢能的不同能夠區(qū)分一些不同的代謝途徑：高氧化還原氧化代謝，中氧化還原到低氧化還原的代謝，以及發(fā)酵。因此，目前報道過的MFCs中的生物從好氧型、兼性厭氧型到嚴格厭氧型的都有分布。
在高陽極電勢的情況下，細菌在氧化代謝時能夠使用呼吸鏈。電子及其相伴隨的質子傳遞需要通過NADH脫氫酶、泛醌、輔酶Q或細胞色素。Kim等研究了這條通路的利用情況。他們觀察到MFC中電流的產生能夠被多種電子呼吸鏈的抑制劑所阻斷。在他們所使用的MFC中，電子傳遞系統(tǒng)利用NADH脫氫酶，Fe/S（鐵/硫）蛋白以及醌作為電子載體，而不使用電子傳遞鏈的2號位點或者末端氧化酶。通常觀察到，在MFCs的傳遞過程中需要利用氧化磷酸化作用，導致其能量轉化效率高達65%。常見的實例包括假單胞菌（Pseudomonasaeruginosa），微腸球菌（Enterococcusfaecium）以及Rhodoferaxferrireducens。
如果存在其它可替代的電子受體，如硫酸鹽，會導致陽極電勢降低，電子則易于沉積在這些組分上。當使用厭氧淤泥作為接種體時，可以重復性的觀察到沼氣的產生，提示在這種情況下細菌并未使用陽極。如果沒有硫酸鹽、硝酸鹽或者其它電子受體的存在，如果陽極持續(xù)維持低電勢則發(fā)酵就成為此時的主要代謝過程。例如，在葡萄糖的發(fā)酵過程中，涉及到的可能的反應是：C6H12O6+2H2O=4H2+2CO2+2C2H4O2或6H12O6=2H2+2CO2+C4H8O2。它表明，從理論上說，六碳底物中最多有三分之一的電子能夠用來產生電流，而其它三分之二的電子則保存在產生的發(fā)酵產物中，如乙酸和丁酸鹽。總電子量的三分之一用來發(fā)電的原因在于氫化酶的性質，它通常使用這些電子產生氫氣，氫化酶一般位于膜的表面以便于與膜外的可活動的電子穿梭體相接觸，或者直接接觸在電極上。同重復觀察到的現象一致，這一代謝類型也預示著高的乙酸和丁酸鹽的產生。一些已知的制造發(fā)酵產物的微生物分屬于以下幾類：梭菌屬（Clostridium），產堿菌（Alcaligenes），腸球菌（Enterococcus），都已經從MFCs中分離出來。此外，在獨立發(fā)酵實驗中，觀察到在無氧條件下MFC富集培養(yǎng)時，有豐富的氫氣產生，這一現象也進一步的支持和驗證這一通路。
發(fā)酵的產物，如乙酸，在低陽極電勢的情況下也能夠被諸如泥菌屬等厭氧菌氧化，它們能夠在MFC的環(huán)境中奪取乙酸中的電子。
代謝途徑的差異與已觀測到的氧化還原電勢的數據一起，為我們一窺微生物電動力學提供了一個深入的窗口。一個在外部電阻很低的情況下運轉的MFC，在剛開始在生物量積累時期只產生很低的電流，因此具有高的陽極電勢（即低的MFC電池電勢）。這是對于兼性好氧菌和厭氧菌的選擇的結果。經過培養(yǎng)生長，它的代謝轉換率，體現為電流水平，將升高。所產生的這種適中的陽極電勢水平將有利于那些適應低氧化的兼性厭氧微生物生長。然而此時，專性厭氧型微生物仍然會受到陽極倉內存在的氧化電勢，同時也可能受到跨膜滲透過來的氧氣影響，而處于生長受抑的狀態(tài)。如果外部使用高電阻時，陽極電勢將會變低，甚至只維持微弱的電流水平。在那種情況下，將只能選擇適應低氧化的兼性厭氧微生物以及專性厭氧微生物，使對細菌種類的選擇的可能性被局限了。
MFC中的陽極電子傳遞機制
電子向電極的傳遞需要一個物理性的傳遞系統(tǒng)以完成電池外部的電子轉移。這一目的既可以通過使用可溶性的電子穿梭體，也可以通過膜結合的電子穿梭復合體。
氧化性的、膜結合的電子傳遞被認為是通過組成呼吸鏈的復合體完成的。已知細菌利用這一通路的例子有Geobactermetallireducens、嗜水氣單胞菌（Aeromonashydrophila）以及Rhodoferaxferrireducens。決定一個組分是否能發(fā)揮類似電子門控通道的主要要求在于，它的原子空間結構相位的易接近性（即物理上能與電子供體和受體發(fā)生相互作用）。門控的勢能與陽極的高低關系則將決定實際上是否能夠使用這一門控（電子不能傳遞給一個更還原的電極）。
MFCs中鑒定出的許多發(fā)酵性的微生物都具有某一種氫化酶，例如布氏梭菌和微腸球菌。氫化酶可能直接參加了電子向電極的轉移過程。最近，這一關于電子傳遞方法的設想由McKinlay和Zeikus提出，但是它必須結合可移動的氧化穿梭體。它們展示了氫化酶在還原細菌表面的中性紅的過程中扮演了某一角色。
細菌可以使用可溶性的組分將電子從一個細胞（內）的化合物轉移到電極的表面，同時伴隨著這一化合物的氧化。在很多研究中，都向反應器中添加氧化型中間體比如中性紅，勞氏紫（thionin）和甲基紫蘿堿（viologen）。經驗表明這些中間體的添加通常都是很關鍵的。但是，細菌也能夠自己制造這些氧化中間體，通過兩種途徑：通過制造有機的、可以被可逆的還原化合物（次級代謝物），和通過制造可以被氧化的代謝中間物（初級代謝物）。
第一種途徑體現在很多種類的細菌中，例如腐敗謝瓦納拉菌（Shewanellaputrefaciens）以及銅綠假單胞菌（Pseudomonasaeruginosa）。近期的研究表明這些微生物的代謝中間物影響著MFCs的性能，甚至普遍干擾了胞外電子的傳遞過程。失活銅綠假單胞菌的MFC中的這些與代謝中間體產生相關的基因，可以將產生的電流單獨降低到原來的二十分之一。由一種細菌制造的氧化型代謝中間體也能夠被其他種類的細菌在向電極傳遞電子的過程中所利用。
通過第二種途徑細菌能夠制造還原型的代謝中間體——但還是需要利用初級代謝中間物——使用代謝中間物如Ha或者HgS作為媒介。Schroder等利用E.coliK12產生氫氣，并將浸泡在生物反應器中的由聚苯胺保護的鉑催化電極處進行再氧化。通過這種方法他們獲得了高達1.5mA/cm2（A，安培）的電流密度，這在之前是做不到。相似的，Straub和Schink發(fā)表了利用Sulfurospirillumdeleyianum將硫還原至硫化物，然后再由鐵重氧化為氧化程度更高的中間物。
評價MFCs性能的參數
使用微生物燃料電池產生的功率大小依賴于生物和電化學這兩方面的過程。
底物轉化的速率
受到如下因素的影響，包括細菌細胞的總量，反應器中混合和質量傳遞的現象，細菌的動力學（p-max——細菌的種屬特異性最大生長速率，Ks——細菌對于底物的親和常數），生物量的有機負荷速率（每天每克生物量中的底物克數），質子轉運中的質子跨膜效率，以及MFC的總電勢。
陽極的超極化
一般而言，測量MFCs的開放電路電勢（OCP）的值從750mV~798mV。影響超極化的參數包括電極表面，電極的電化學性質，電極電勢，電極動力學以及MFC中電子傳遞和電流的機制。
陰極的超極化
與在陽極觀測到的現象相似，陰極也具有顯著的電勢損失。為了糾正這一點，一些研究者們使用了赤血鹽（hexacyanoferrate）溶液。但是，赤血鹽并不是被空氣中的氧氣完全重氧化的，所以應該認為它是一個電子受體更甚于作為媒介。如果要達到可持續(xù)狀態(tài)，MFC陰極最好是開放性的陰極。
質子跨膜轉運的性能
目前大部分的MFCs研究都使用Nafion—質子轉換膜（PEMs）。然而，Nafion—膜對于（生物）污染是很敏感的，例如銨。而目前最好的結果來自于使用Ultrex陽離子交換膜。Liu等不用使用膜，而轉用碳紙作為隔離物。雖然這樣做顯著降低了MFC的內在電阻，但是，在有陽極電解液組分存在的情況下，這一類型的隔離物會刺激陰極電極的生長，并且對于陰極的催化劑具有毒性。而且目前尚沒有可信的，關于這些碳紙-陰極系統(tǒng)在一段時期而不是短短幾天內的穩(wěn)定性方面的數據。
MFC的內在電阻
這一參數既依賴于電極之間的電解液的電阻值，也決定于膜電阻的阻值（Nafion—具有最低的電阻）。對于最優(yōu)化的運轉條件，陽極和陰極需要盡可能的相互接近。雖然質子的遷移會顯著的影響與電阻相關的損失，但是充分的混合將使這些損失最小化。
性能的相關數據
在平均陽極表面的功率和平均MFC反應器容積單位的功率之間，存在著明顯的差異。表2提供了目前為止報道過的與MFCs相關的最重要的的結果。大部分的研究結果都以電極表面的mA/m以及mW/m2兩種形式表示功率輸出的值，是根據傳統(tǒng)的催化燃料電池的描述格式衍生而來的。其中后一種格式對于描述化學燃料電池而言可能已經是充分的，但是MFCs與化學燃料電池具有本質上的差異，因為它所使用的催化劑（細菌）具有特殊的條件要求，并且占據了反應器定的體積，因此減少了其中的自由空間和孔隙的大小。每一個研究都參照了以下參數的特定的組合：包括反應器容積、質子交換膜、電解液、有機負荷速率以及陽極表面。但僅從這一點出發(fā)要對這些數據作出橫向比較很困難。從技術的角度來看，以陽極倉內容積（液體）所產生的瓦特/立方米（Watts/m3）為單位的形式，作為反應器的性能比較的一個基準還是有幫助的。這一單位使我們能夠橫向比較所有測試過的反應器，而且不僅僅局限于已有的研究，還可以拓展到其它已知的生物轉化技術。
此外，在反應器的庫侖效率和能量效率之間也存在著顯著的差異。庫侖效率是基于底物實際傳遞的電子的總量與理論上底物應該傳遞的電子的總量之間的比值來計算。能量效率也是電子傳遞的能量的提示，并結合考慮了電壓和電流。如表2中所見，MFC中的電流和功率之間的關系并非總是明確的。需要強調的是在特定電勢的條件下電子的傳遞速率，以及操作參數，譬如電阻的調整。如果綜合考慮這些參數的問題的話，必須要確定是最大庫侖效率（如對于廢水處理）還是最大能量效率（如對于小型電池）才是最終目標。目前觀測到的電極表面功率輸出從mW/m2~w/m2都有分布。
優(yōu)化
生物優(yōu)化提示我們應該選擇合適的細菌組合，以及促使細菌適應反應器內優(yōu)化過的環(huán)境條件。雖然對細菌種子的選擇將很大程度上決定細菌增殖的速率，但是它并不決定這一過程產生的最終結構。使用混合的厭氧-好氧型淤泥接種，并以葡萄糖作為營養(yǎng)源，可以觀察到經過三個月的微生物適應和選擇之后，細菌在將底物轉換為電流的速率上有7倍的增長。如果提供更大的陽極表面供細菌生長的話，增長會更快。
批處理系統(tǒng)使能夠制造可溶性的氧化型中間體的微生物的積累成為了可能。持續(xù)的系統(tǒng)性選擇能形成生物被膜的種類，它們或者能夠直接的生長在電極上，或者能夠通過生物被膜的基質使用可移動的穿梭分子來傳遞電子。
通過向批次處理的陽極中加入可溶性的氧化中間體也能達到技術上的優(yōu)化：MFCs中加入氧化型代謝中間體能夠持續(xù)的改善電子傳遞。對這些代謝中間體的選擇到目前為止還僅僅是出于經驗性的，而且通常只有低的中間體電勢，在數值約為300mV或者還原性更高的時候，才認為是值得考慮的。應該選擇那些具有足夠高的電勢的氧化中間體，才能夠使細菌對于電極而言具有足夠高的流通速率，同時還需參考是以高庫侖效率還是以高能量效率為主要目標。
一些研究工作者們已經開發(fā)了改進型的陽極材料，是通過將化學催化劑滲透進原始材料制成的。Park和Zeikus使用錳修飾過的高嶺土電極，產生了高達788mW/m2的輸出功率。而增加陽極的特殊表面將導致產生更低的電流密度（因此反過來降低了活化超極化）和更多的生物薄膜表面。然而，這種方法存在一個明顯的局限，微小的孔洞很容易被被細菌迅速堵塞。被切斷食物供應的細菌會死亡，因此在它溶解前反而降低了電極的活化表面。總之，降低活化超極化和內源性電阻值將是影響功率輸出的最主要因素。
IVIFC：支柱性核心技術
污物驅動的應用在于能夠顯著的移除廢棄的底物。目前，使用傳統(tǒng)的好氧處理時，氧化每千克碳水化合物就需要消耗1kWh的能量。例如，生活污水的處理每立方米需要消耗0.5kWh的能量，折算后在這一項上每人每年需要消耗的能源約為30kWh。為了解決這一問題，需要開發(fā)一些技術，特別是針對高強度的廢水。在這一領域中常用的是UpflowAnaerobicSludgeBlanket反應器，它產生沼氣，特別是在處理濃縮的工業(yè)廢水時。UASB反應器通常以每立方米反應器每天10~20kg化學需氧量的負荷速率處理高度可降解性的廢水，并且具有（帶有一個燃燒引擎作為轉換器）35%的總電力效率，意味著反應器功率輸出為0.5~1kW/m3。它的效率主要決定于燃燒沼氣時損失的能量。未來如果發(fā)展了比現有的能更有效的氧化沼氣的化學染料電池的話，很可能能夠獲得更高的效率。
能夠轉化具有積極市場價值的某種定性底物的電池，譬如葡萄糖，將以具有高能量效率作為首要目標。雖然MFCs的功率密度與諸如甲醇驅動的FCs相比是相當低的，但是對于這項技術而言，以底物安全性為代表的多功能性是它的一個重要優(yōu)勢。
第2篇：生物燃料研究范文
關鍵詞 甲烷 水稻田 微生物燃料電池
中圖分類號：X703 文獻標識碼：A
1引言
為了減緩全球變暖的趨勢，溫室氣體的減排已經引起國際社會的廣泛關注。
大氣中的甲烷含量已經從工業(yè)革命前1750年的0.75 mol?mol-1上升到2005年的1.77 mol?mol-1，升高了約2.5倍，盡管甲烷絕對量顯著小于主要的溫室氣體二氧化碳，但是單位質量的甲烷全球增溫趨勢是二氧化碳的25倍（IPCC，2007）。研究表明二氧化碳和甲烷的濃度上升對溫室效應的總貢獻率達到70%左右，二者是溫室效應的主要貢獻者，并且在大氣中的濃度每年以0.5%和0.8%的速度增加。
稻田是甲烷的主要排放源之一，拒估計全球所有的人為活動導致甲烷排放的總量中，從水稻田排放的甲烷約占15%-20%。通過數據的挖掘發(fā)現不同類型的濕地甲烷的排放有著顯著差異，而甲烷的排放通量均值最大的是稻田，所以如何降低水稻田中甲烷的排放量就成了國內外研究的重點。
微生物燃料電池（MFCs）是一種用產電微生物將有機物的化學能直接轉化成電能的裝置，有機底物在厭氧條件下被產電微生物分解，釋放出電子，電子直接被陽極捕獲或者經過電子中介體、納米導線等物質間接到達陽極，并經由外電路傳遞到陽極與電子受體（一般是O2）結合，從而形成電流。
2水稻田實施MFCs技術的研究發(fā)展
水稻田是實施MFCs技術的重要生境，根據已有實驗數據表明，在水稻田里引水MFCs技術可以控制溫室氣體的排放，因為在水稻田以及濕地中引入MFCs技術后，產電微生物就會與產甲烷微生物形成一種競爭關系，在大多數情況下，產電微生物比產甲烷微生物具有更強的競爭基質的能力，從而可以抑制甲烷的排放，全世界水稻田栽種面積約為15？09hm2，潛在的年產能能力可以達1.8？019J。實驗結果表明MFCs技術的應用不會對原有的水稻田的生態(tài)環(huán)境造成影響，也幾乎不會對水稻田的產糧功能有任何不利的影響。因此，如果水稻田能夠用于產電，這樣既能抑制溫室氣體的排放也可以獲得額外的附加效益。
水稻田土壤中含有豐富的產電微生物可以采用運行MFCs裝置，在2007年Kaku等人就在水稻田中埋入了石墨氈電極，證明可以持續(xù)產電，得到的最大功率密度為6mW?m-2 。近幾年的研究中Rosa等人將陽極埋設在種植水稻的淹水稻田土壤中，陽極浸沒在淹水層，并且采用導線連接陰歷和陽極，從而構建MFCs，以土壤有機質和根系分泌物為電子供體，以水中的溶解氧為電子受體進行產電，并設置對照組。結果顯示，運行MFCs以后，稻田土壤中的甲烷排放量比對照組減少了50%。Rismani―Yazdi等將纖維素作為碳源底物置于MFCs中進行產電，發(fā)現隨著MFC產電電流的增加，甲烷累計排放量降低。運行MFC的優(yōu)勢在于不使用化學藥劑也不消耗能源，相反還能產生少量的電能，是一項值得深入探索的綠色可持續(xù)的減排技術。
鄧歡等人將添加質量分數為0.5%的稻稈的土壤裝入MFCs反應器中，淹水并種植水稻后運行MFCs，發(fā)現能夠顯著的減少甲烷的排放。土壤中添加稻稈是出于環(huán)保理念，因為我國每年產生的農作物秸稈高達5.7億噸，秸稈還田能夠有效提高土壤有機質，改善土壤團聚體，并且取代秸稈燃燒，避免環(huán)境污染，所以秸稈還田也得到大力提倡。添加稻稈使土壤含有更多的有機質，而且MFCs閉路運行，這都有利于產電菌生長和產電能力的提升。在MFCs運行的過程中，產電菌在陽極表面逐漸富集和訓化，產電電流逐步提高。經過一段時間后達到峰值，之后產電電流有所降低。主要原因包括可利用有機物碳濃度降低，以及MFCs陽極表面的產電菌在產電過程中厭氧分解有機質產生氫離子，導致土壤中PH值降低，從而抑制了產電菌的活性，以往的研究表明，PH值降低也會抑制產甲烷菌活性。產電菌通過分解有機底物進行產電，從而會與產甲烷菌爭奪土壤中有機質，產電菌對有機底物乙酸的親和系數遠低于產甲烷菌，在研究中添加有機底物同步促進了產甲烷菌和產電菌的活性，造成產電菌和產甲烷菌的活性時間重合，從而活躍的產電菌能夠有效的抑制甲烷的產生，對于不添加有機底物運行MFCs的裝置沒有顯著減小甲烷排放，可能是由于缺乏有機底物，產電菌活性較低，產電較為微弱，因此和產甲烷菌爭奪有機底物的能力稍顯不足。而且有機底物較少造成甲烷排放和產電的峰值推遲出現，MFCs運行可能錯過了抑制甲烷排放的最佳時期。另外不添加外來有機底物的土壤PH值下降幅度較小，所以土壤抑制產甲烷的效果較差。
3總結
目前還有好多工作需要進一步開展，現在采用MFCs進行溫室氣體減排的研究較少，尚需要更多的研究證明減排的效果，探索進一步提高減排效果和降低MFCs構建和運行成本的方法。例如需要從源頭上找到甲烷排放的影響機理，探索減少甲烷排放的方法；根據已經有的稻田或濕地中建立甲烷排放的預算模型，預測未來水稻田和濕地溫室氣體的排放通量，為準確評估全球變暖變化趨勢提供基礎數據；同時還要加強有關影響MFCs性能因素的研究，比如電極材料的優(yōu)化，燃料電池的結構，傳遞體以及其他的環(huán)境因素對產電效率以及產電量的影響，爭取將產電的效能提高到最大化。
參考文獻
[1] 楊斌娟，錢海燕，黃國勤，等.秸稈還田及其研究進展[J].農學學報，2012（2）.
第3篇：生物燃料研究范文
關鍵詞：骨形態(tài)蛋白；骨修復；骨缺損；組織工程；支架
目前，在臨床應用中大塊骨缺損一直以依賴于取患者自體髂骨移植為金標準，天然骨基質主要是由無機結構和生物大分子有機結合在一起的復合體[1]。大量研究表明，理想的骨缺損修復支架材料與天然骨基質的結構、組成成分及生物學反應相似的復合支架材料，因而從同種自體骨、人工骨移植到后來的金屬填充材料、鈣磷陶瓷填充材料、聚合物填充材料以及經體外物理化學方法處理的復合骨組織等材料的單一使用后，發(fā)現或多或少存在取骨來源有限、免疫排斥反應風險、患者病痛加重、手術時間延長、感染、骨不愈合、移植骨塊大小的影響等問題[2]，而直到1965年Urist發(fā)現了一種能夠誘導間充質細胞向成骨細胞分化，并最終分化成骨的蛋白，將其命名為骨形態(tài)發(fā)生蛋白（bone morphgenetic protein，BMP）。現對近年來文獻報道的骨形態(tài)蛋白與天然生物材料衍生物復合的實驗研究總結如下。
1骨形態(tài)蛋白與膠原衍生物復合分子材料
膠原蛋白是一種有機的、抗原性較低、可進行生物降解的物質，除了具有生物力學方面作用外，還具有諸如信號轉導、生長因子與細胞因子的運輸等功能的大分子蛋白，在哺乳類動物體內含量較高，其具有良好的生物相容性及較高的抗張強度和彈性。Sawyera[3]等以聚ε己內酯/β磷酸三鈣與鼠型膠原蛋白的復合體作為支架材料，直徑約為5mm，圓柱狀。選擇45只12w左右體重為250～300g雄性大白鼠，腹腔注射麻醉后，均于顱骨背側行一長約20mm左右矢狀位切口，用較慢速度牙鉆人為制造一直徑為5mm的顱骨缺損，隨機分成3組：無材料組、單獨支架材料組及加載5ug重組人骨形態(tài)蛋白-2支架材料組，15w內對45只大白鼠逐一進行CT斷層掃描分析、組織學檢測、免疫組化分析、組織形態(tài)計量學、機械測試得出數據進行統(tǒng)計學分析結果：加載重組人骨形態(tài)蛋白-2的載體第一次釋放重組人骨形態(tài)蛋白-2的峰值在植入后6h，并一直呈現持續(xù)穩(wěn)定釋放，通過4w以及15w兩個時間點的采樣檢測觀察載有重組人骨形態(tài)蛋白-2的支架材料修復作用均優(yōu)于各組，其愈后組織機械硬度測試可知完全可以和完整骨組織相媲美。
2骨形態(tài)蛋白與殼聚糖衍生物的復合材料
殼聚糖（chitosan，CS，聚葡萄糖胺（1-4）-2-氨基-beta-D葡萄糖）是自然界廣泛存在的幾丁質（chitin）經過脫乙酰作用得到的唯一一種堿性多糖，它具有生物官能性、生物相容性、可降解性、可吸收性等，其降解產物安全無毒，而且還具有選擇性促進表皮細胞生長的獨特的生物活性，然而殼聚糖自身溶解性稍差，要在弱酸性的條件下才能溶解，因而殼聚糖成為目前常用支架材料之一[4]。Bae IH等對硫代殼聚糖復合支架材料進行各方面的對比與評價，將Traut's試劑與殼聚糖溶液混合，由于二硫鍵的形成增加與pH值有關，在pH值為7時，達到峰值，故使溶液濃度的pH值控制為7，形成硫代殼聚糖，硫代殼聚糖（凍干）在電鏡下掃描呈蜂窩狀微孔結構，支架的溶脹性起著至關重要的作用，許多研究人員都試圖測定材料的溶脹率，多半采用重量法，以未改性的殼聚糖作對照，硫代殼聚糖的重量在10min內較初始重量明顯增加3.5倍，但骨形態(tài)蛋白-2的硫代殼聚糖聚合物也觀察到類似現象，對比稍低于硫代殼聚糖。
3骨形態(tài)蛋白-2與透明質酸衍生物的復合材料
透明質酸是一種酸性粘多糖，又稱糖醛酸、玻尿酸、琉璃糖碳基酸，廣泛分布在動物和人體軟結締組織細胞外基質中的主要蛋白多糖，1934年美國哥倫比亞大學眼科教授Meyer等首先從牛眼玻璃體中分離出該物質，卡爾?邁耶實驗室在1950年代闡明了透明質酸的化學結構。透明質酸是一種高分子的聚合物。是由單位D-葡萄糖醛酸及N-乙酰葡糖胺組成的高級多糖。D-葡萄糖醛酸及N-乙酰葡糖胺之間由β-1，3-配糖鍵相連，雙糖單位之間由β-1，4-配糖鍵相連。雙糖單位可達25000之多。在體內由于組織來源的不同，透明質酸的分子量從5千～2千萬道爾頓。透明質酸是由膜蛋白透明質酸合成酶合成的，脊椎動物有三種透明質酸合成酶（HAS1，HAS2，HAS3）。這些酶通過交替反復加入其底物尿苷二磷酸-a-N-乙酰葡糖胺及尿苷二磷酸-a-D-葡萄糖醛酸而延長透明質酸鏈，新產生的多糖透過細胞膜進入細胞外間質，具有特殊的生物學上的活性，且擁有無毒、低免疫反應、高生物相容性、及生物可分解以及人體可吸收等特性，并且已有研究證明透明質酸具有保護、關節(jié)和促進軟骨細胞增殖的作用。
4問題與展望
骨缺損修復骨形態(tài)發(fā)生蛋白具有較強的誘導成骨作用，并得到全世界的公認。正是由于其活躍的成骨性已在牙科和整形外科領域廣泛應用，組織工程中支架材料是種子細胞附著的基本框架和代謝場所，是骨組織工程能否發(fā)展與運用于臨床的關鍵。研究人員不斷努力研究開發(fā)并將使其負載生長因子，逐步由單因子過渡到多因子復合材料，使骨形態(tài)發(fā)生蛋白可持續(xù)性穩(wěn)定釋放，有利于細胞的增殖分化，從而盡可能對修復作用的完善。天然生物材料的資源豐富，其性能優(yōu)越，由于骨形態(tài)發(fā)生蛋白的釋放機制尚不明確，單一的天然生物載體材料或多或少存在缺陷，可以通過成熟的復合材料原理和方法，將兩種或兩種以上具有互補性的天然生物材料，按照一定比例和方法復合，材料之間相互取長補短，性能更優(yōu)化的三維支架復合載體材料，最終推廣并應用于組織工程修復中。
參考文獻：
[1]Heiple KG，Chase SW，Herndon CH.A Comparative Study of the Healing Process Following Different Types of Bone Transplantation[J].J Bone Joint Surg Am，1963，45：1593-1616.
[2]劉鵬，王東，孫海鈺，等.膠原-納米羥基磷灰石復合支架的細胞相容性[J].中國組織工程研究與臨床康復，2011，15（42）：7831-7834.
第4篇：生物燃料研究范文
關鍵詞:生物陰極;微生物燃料電池;餐飲廢水;發(fā)電;廢水處理
0引言
微生物燃料電池（MicrobialFuelCell，MFC）是1種利用微生物代謝活動將儲存在有機物中的化學能直接轉化為電能的生物反應裝置。微生物燃料電池利用廢棄物進行發(fā)電，在處理廢水的同時產生電能，而且發(fā)電過程不會產生任何污染環(huán)境的有害氣體，被視作1種高效益、低能耗、清潔環(huán)保的新型廢水處理及綠色發(fā)電工藝［1-4］。微生物燃料電池屬于復雜的生物電化學系統(tǒng)，諸多因素影響其運行性能。目前，由于其發(fā)電性能與廢水處理效果較差，利用微生物燃料電池處理各類廢水的研究工作大多數仍停留在實驗室研究階段［5-10］。在大量投入實際應用前，需要進一步提高其發(fā)電效率及廢水處理性能。陰極是制約微生物燃料電池產電性能的主要原因之一［11］。為了提高產電性能，一般需要在陰極添加催化劑。根據陰極催化劑的類型，可以把微生物燃料電池的陰極分為生物陰極和非生物陰極。一般微生物燃料電池采用非生物型陰極，其常用催化劑一般為鉑等貴金屬，極大地增加了微生物燃料電池的成本，且容易造成催化劑污染，不適于微生物燃料電池的規(guī)模化應用。生物陰極MFC以微生物作為催化劑，這些微生物能夠簡單地從好氧污泥中獲得，造價低廉，極大地提高了MFC在實際中的可應用性和可持續(xù)性［12］。根據陰極電子受體的不同，可將MFC的生物陰極可分為好氧型生物陰極和厭氧型生物陰極。好氧型生物陰極微生物燃料電池直接或間接以氧氣作為電子受體。厭氧型生物陰極微生物燃料電池則以過渡金屬修飾生物陰極或者添加化合物作為電子受體以代替氧氣作為電子受體，目前研究比較廣泛的主要有硝酸鹽、硫酸鹽等。本實驗首先對一般常用的電子受體進行比較，以選取性能較好的電子受體，然后從電流密度和污水COD去除率方面，對比生物陰極型微生物燃料電池與一般微生物燃料電池處理餐飲廢水的整體性能。
1實驗準備
1.1系統(tǒng)構成
本實驗采用雙室型無介體混菌微生物燃料電池反應器。反應器材質為有機玻璃，主要由陰極室、陽極室、質子交換膜及陰極和陽極構成。陽極室和陰極室同等大小，容積為500mL，陰陽極之間通過質子交換膜（杜邦Nafion117）分隔開。陰陽2極都以碳布（臺灣碳能WOS1002）為電極材料，厚度為0.36mm，表面積為6cm×7cm。碳布通過銅線連接外電阻，形成完整的閉合電路。微生物燃料電池產生的實時輸出電壓通過與負載并聯(lián)的16通道多功能USB數據采集卡（MPS-010602）進行在線采集與傳輸，每60s記錄1次，并通過電腦終端進行顯示、存儲與處理。實驗系統(tǒng)構成如圖1所示。
1.2陰極微生物的選
取與馴化培養(yǎng)生物陰極微生物燃料電池的研究最初是在海底沉積物中發(fā)現的，生物陰極微生物種類復雜，微生物是影響其運行性能的關鍵因素。目前被發(fā)現的微生物大多數屬于變形菌，還有其他的一些混合菌群落。本實驗選用混合菌群落，其適應性好、易于培養(yǎng)、菌種培養(yǎng)周期短，可以大大的節(jié)省裝置啟動時間。自學校湖底取適量污泥，把污泥與少量湖水混合放置于容器中，以保證污泥中微生物由于長時間呼吸代謝所需要的水分。室溫下，向容器中持續(xù)通入氧氣，培養(yǎng)5～6d，使污泥中微生物活性處于最活躍期。培養(yǎng)后的污泥作為陰極好氧微生物菌種投入后期實驗。
1.3電子受體選取
生物陰極微生物燃料電池中常用O2、K3［Fe（CN）6］等作為電子受體。電子受體主要是接收陽極端產生的電子，從而完成整個電路的電子傳遞。電子受體對于整個微生物燃料電池裝置性能運行的成果起著非常重要的作用。本著提高微生物燃料電池裝置運行性能的原則，本實驗選用對提高產電效率有較好效果的電子受體O2、K3［Fe（CN）6］作對比研究，以選取最佳的電子受體，保證生物陰極微生物燃料電池的產電率。圖5生物陰極MFC和常規(guī)MFC的COD去除率圖3底物稀釋條件下不同陰極電子受體電流密度圖42種微生物燃料電池發(fā)電電流密度對比圖2底物不稀釋條件下不同陰極電子受體電流密度本實驗設計了2種對比實驗裝置，第1種是以O2作為電子受體時，以NaCl溶液作為陰極溶液；第2種是以K3［Fe（CN）6］和NaCl的混合液作為陰極溶液，在厭氧狀態(tài)下運行，保證實驗中僅有K3［Fe（CN）6］作為電子受體，以進行單一條件下對比實驗研究。
2種電子受體情況下的微生物燃料電池產電電流密度
曲線如圖2、圖3所示，其中圖2為以食堂原廢水為底物的微生物燃料電池在不同陰極電子受體作用下的電流密度曲線圖；圖3為以稀釋食堂廢水為底物的微生物燃料電池在不同陰極電子受體作用下的發(fā)電電流密度曲線圖。在底物為餐飲原廢水時，當以O2為陰極電子受體時，電流密度剛開始上升很快；反應14h后，電流密度急劇下降。分析原因，是由于O2活化損失嚴重，造成電壓不能維持在一個高的水平，電流密度最終穩(wěn)定在6.5mA/m2左右。而以鐵氰化鉀作為電子受體時，電流密度起始值較小，但曲線呈上升趨勢。這是由于Fe3+參與電子傳遞被還原成Fe2+，而后又被陰極液中溶解的少量O2氧化成Fe3+，使Fe3+濃度升高，從而使發(fā)電電流密度升高。當采用稀釋食堂廢水作為微生物燃料電池底物時，2種不同陰極電子受體作用下的發(fā)電電流密度在起始階段差別不大，但是以鐵氰化鉀作為陰極電子受體時，電流密度一直呈下降趨勢，這是因為鐵氰化鉀在電子傳遞過程中有損耗，使鐵氰化鉀濃度下降，影響了產電性能。對比2種電子受體的作用效果，以氧氣作為電子受體時的發(fā)電電流密度要高于以鐵氰化鉀作為電子受體時的電流密度。另一方面，以鐵氰化鉀作為電子受體會對陽極微生物活性造成危害［13］，且需要在進展過程中不斷添加，進而影響產電效果。因此，氧氣比鐵氰化鉀更適合做微生物燃料電池的電子受體。2生物陰極燃料電池處理餐飲廢水以稀釋餐飲廢水為微生物燃料電池底物、氧氣為電子受體，對比測試生物陰極MFC和一般MFC的發(fā)電能力和水處理能力。一般非生物陰極微生物燃料電池以NaCl溶液為陰極液，生物陰極微生物燃料電池以富含微生物的活性污泥湖水混合液作為陰極液。2種MFC的陰極均處于曝氣運行狀態(tài)，以提供充足的氧氣作為電子受體。實驗運行15d，2種微生物燃料電池的發(fā)電電流密度變化曲線如圖4所示。由圖4可見，生物陰極微生物燃料電池在運行的前6d，電流密度保持在12mA/m2穩(wěn)定運行，分析原因是陰極的微生物正處于生長期，微生物含量較穩(wěn)定；隨后，電流密度又呈上升趨勢，電流密度可達到21.5mA/m2，繼而在這個電流密度范圍內波動。這個時期測得陰極電導率為468us/cm，相比剛開始運行時的陰極電導率284us/cm有所提高，分析是由于這個時期的微生物已經大量積累并進入生長期，微生物參與電極反應，使產電性能大大提高。而以NaCl溶液作為陰極液的一般微生物燃料電池，其電流密度在起始運行時為7.9mA/m2，隨后下降并基本穩(wěn)定在6.0mA/m2。以化學介質為陰極液的一般微生物燃料電池，由于作為電子受體氧的溶解度的限制，在溶氧達到飽和后，產電性能只能維持在較低值。生物陰極微生物燃料電池產電性能明顯優(yōu)于以化學介體為陰極液的一般微生物燃料電池的產電性能。生物陰極微生物燃料電池和一般微生物燃料電池處理餐飲廢水時的COD去除率指標如圖5所示。由圖5所示COD去除率情況可見，生物陰極微生物燃料電池處理稀釋餐飲廢水時的COD去除率可高達89.3%，而以NaCl溶液為陰極液的非生物陰極微生物燃料電池處理同樣水質的餐飲廢水時的COD去除率為53.4%。二者從污水凈化效果方面來看，差距很大。生物陰極微生物燃料電池的廢水處理效果明顯優(yōu)于一般非生物陰極微生物燃料電池。
3結論
生物陰極微生物燃料電池具有運行穩(wěn)定、產電量高等優(yōu)點，而且對環(huán)境不會造成污染，污水凈化效果也較好。生物陰極微生物燃料電池和傳統(tǒng)的非生物陰極微生物燃料電池相比，不論是產電能力還是污水處理效果，生物陰極微生物燃料電池均具有明顯優(yōu)勢。
作者:樊立萍 鄭鈺姣 單位:沈陽化工大學環(huán)境與安全工程學院
參考文獻
1OhS.T.，KimJ.R.，PremierG.C.，etal.Premiersustainablewastewatertreatment：howmightmicrobialfuelcellscontribute.BiotechnolAdv，2010，28（6）
2DuZ，LiH，GuT.Astateoftheartreviewonmicrobialfuelcells：Apromisingtechnologyforwastewatertreatmentandbioenergy.Biotech-nolAdv，2007，25（5）
3LeeC.Y.，ChenJ.H.，CaiY.Y.Bioelectricitygenerationandorganicremovalinmicrobialfuelcellsusedfortreatmentofwastewaterfromfish-market.JEnvironEngManage，2010，20（3）
4LoganB.E.，HamelersB.，RozendalR.，etal.Microbialfuelcells：methodologyandtechnology，EnvironSciTechnol，2006，40（17）
5李兆飛，陶虎春，梁敏，等.雙室微生物燃料電池不同接種條件下處理薯蕷素廢水.環(huán)境科學研究，2009，22（4）
6郭璇，詹亞力，郭紹輝，等.煉廠含油污水微生物燃料電池的啟動及性能研究.高校化學工程學報，2013，27（1）
7HuangL.P，LoganB.E.Electricitygenerationandtreatmentofpaperrecyclingwastewaterusingamicrobialfuelcell.ApplMicrobiolBiotechnol，2008，80（2）
8DurrutyI.，BonanniP.B.，GonzálezJ.F.，etal.Evaluationofpotato-processingwastewatertreatmentinamicrobialfuelcell.BioresourceTechnol，2012，105
9趙煜，馬彥，李婷，等.生物燃料電池處理生活污水同步產電特性研究.燃料化學學報，2014，42（4）
10梁吉虎，高自良，于建生.關于微生物燃料電池底物的研究進展.氨基酸和生物資源，2010，34（3）
11張玲，梁鵬，黃霞，等.生物陰極型微生物燃料電池研究進展.環(huán)境科學與技術，2010，33（11）
第5篇：生物燃料研究范文
關鍵詞：微生物燃料電池 產電 新能源
中圖分類號：X703.1 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）04（c）-0003-02
微生物燃料電池（Microbial fuel cells， MFCs）是一種新興的高效的生物質能利用方式，它利用細菌分解生物質產生生物電能，具有無污染、能量轉化效率高、適用范圍廣泛等優(yōu)點。因此MFCs逐漸成為現今社會的研究熱點之一。
1 微生物燃料電池的工作原理
圖1是典型的雙室結構MFCs工作原理示意圖，系統(tǒng)主要由陽極、陰極和將陰陽極分開的質子交換膜構成。陽極室中的產電菌催化氧化有機物，使其直接生成質子、電子和代謝產物，氧化過程中產生的電子通過載體傳送到電極表面。根據微生物的性質，電子傳送的載體可以為外源、與呼吸鏈有關的NADH和色素分子以及微生物代謝的還原性物質。陽極產生的H+透過質子交換膜擴散到陰極，而陽極產生的電子流經外電路循環(huán)到達電池的陰極，電子在流過外電阻時輸出電能。電子在陰極催化劑作用下，與陰極室中的電子接受體結合，并發(fā)生還原反應[1]。
下面以典型的葡萄糖為底物的反應為例說明MFCs的工作原理，反應中氧氣為電子受體，反應完成后葡萄糖完全被氧化[2]。
2 微生物燃料電池的分類
目前為止，MFCs的分類方法沒有統(tǒng)一標準，通常有以下幾種分類方法。
（1）基于產電原理進行分類，包括氫MFCs、光能自養(yǎng)MFCs和化能異養(yǎng)MFCs。氫MFCs的原理是利用微生物制氫，同時利用涂有化學催化劑的電極氧化氫氣發(fā)電；光能自養(yǎng)MFCs是利用藻青菌或其他感光微生物的光合作用直接將光能轉化為電能；而化能異養(yǎng)MFCs則是在厭氧或兼性微生物的作用下，從有機底物中提取電子并轉移到電極上，實現電力輸出[3]。
（2）基于電池構型進行分類，包括單極室微生物燃料電池、雙極室微生物燃料電池和多級串聯(lián)MFCs。圖1中的微生物燃料電池即為雙極室結構，電池通過質子交換膜分為陽極室和陰極室兩個極室。單極室MFCs則以空氣陰極MFCs為主，將陰極與質子交換膜合為一體，甚至是去除質子交換膜。為了提高產電量，將多個獨立的燃料電池串聯(lián)，就形成了多級串聯(lián)MFCs[4]。
（3）基于電子轉移方式分類，包括直接微生物燃料電池和間接微生物燃料電池兩類。直接微生物燃料電池是指底物直接在電極上被氧化，電子直接由底物分子轉移到電極，生物催化劑的作用是催化在電極表面上的反應。間接微生物燃料電池的底物不在電極上氧化，而是在電解液中或其它地方發(fā)生氧化后，產生的電子由電子介體運載到電極上去[5]。
（4）基于電子從細菌到電極轉移方式進行分類，可分為有介體MFCs和無介體MFCs兩類。電子需要借助外加的電子中介體才能從呼吸鏈及內部代謝物中轉移到陽極，這類為有介體MFCs。某些微生物可在無電子傳遞中間體存在的條件下，吸附并生長在電極的表面，并將電子直接傳遞給電極，這稱為無介體MFCs。
3 電池性能的制約因素[6～7]
迄今為止，MFCs的性能遠低于理想狀態(tài)。制約MFC性能的因素包括動力學因素、內阻因素和傳遞因素等。
動力學制約的主要表現為活化電勢較高，致使在陽極或者陰極上的表面反應速率較低，難以獲得較高的輸出功率[8]。內電阻具有提高電池的輸出功率的作用，主要取決于電極間電解液的阻力和質子交換膜的阻力。縮短電極間距、增加離子濃度均可降低內阻。不用質子交換膜也可以大大降低MFC的內阻，這時得到的最大功率密度為有質子交換膜的5倍，但必須注意氧氣擴散的問題[9]。另一個重要制約因素為電子傳遞過程中的反應物到微生物活性位間的傳質阻力和陰極區(qū)電子最終受體的擴散速率。最終電子受體采用鐵氰酸鹽或陰極介體使用鐵氰化物均可以獲得更大的輸出功率和電流。
另外，微生物對底物的親和力、微生物的最大生長率、生物量負荷、反應器攪拌情況、操作溫度和酸堿度均對微生物燃料電池內的物質傳遞有影響[10]。
4 微生物燃料電池的應用
（1）廢水處理與環(huán)境污染治理。
微生物燃料電池可以同步廢水處理和產電，是一種廢水資源化技術。把MFC用于廢水處理是其最有前景的一個應用方向，也是當前微生物燃料電池的研究熱點之一。同時，在生物脫氮、脫硫、重金屬污染的生物治理等方面MFCs也具有不可忽視的作用。
（2）海水淡化。
普通的海水淡化處理技術條件苛刻，需要高壓、高效能的轉化膜，有的還要消耗大量的電能，故不能大規(guī)模的處理，并且成本較高，難以有效地解決海水淡化問題。如果找到一種高效的產電微生物和特殊的PEM交換膜，那么MFC，就可以達到海水淡化的目的，而且具有能耗低，環(huán)保和可持續(xù)的優(yōu)點。利用MFC淡化海水也將成為具有發(fā)展?jié)摿Φ难芯糠较騕11]。
（3）便攜式電源。
微生物燃料電池能夠利用環(huán)境中自然產生的燃料和氧化劑變?yōu)殡娔埽糜谔娲Ｒ?guī)能源。可以為水下無人駕駛運輸工具、環(huán)境監(jiān)測設備的長期自主操作提供電源。
（4）植物MFCs。
通過光合作用，植根在陽極室的綠色植物將二氧化碳轉換為碳水化合物，在根部形成根瘤沉積物；植物根系中的根瘤沉積物被具有電化學活性的微生物轉化為二氧化碳，同時產生電子。這種植物MFCs能夠原位將太陽能直接轉換為電能[12]。
（5）人造器官的動力源[13]。
微生物燃料電池可以利用人體內的葡萄糖和氧氣產生能量。作為人造器官的動力源，需要長期穩(wěn)定的能量供給，而人體內源源不斷的葡萄糖攝入恰好可以滿足MFC作為這種動力源的燃料需要。
5 微生物燃料電池技術研究展望
MFCs技術正在不斷成長并且已經在許多方面取得了重大突破。但是，由于其功率偏低，該技術還沒有實現真正的大規(guī)模實際應用。基于其產電性能的制約因素，今后的研究方向主要可歸納為以下幾點。
（1）深入研究并完善MFCs的產電理論。MFCs產電理論研究處于起步階段，電池輸出功率較低，嚴重制約了MFCs的實際應用。MFCs中產電微生物的生長代謝過程，產電呼吸代謝過程以及利用陽極作為電子受體的本質是今后的研究重點[14]。
（2）篩選與培育高活性微生物。目前大多數微生物燃料電池所用微生物品種單一。要達到實際應用的目的，需要尋找自身可產生氧化還原介體的高活性微生物和具有膜結合電子傳遞化合物質的微生物。今后的研究應致力于發(fā)現和選擇這種高活性微生。
（3）優(yōu)化反應器的結構。研究與開發(fā)單室結構和多級串聯(lián)微生物燃料電池。利用微生物固定化技術、貴金屬修飾技術等改善電極的結構和性能。選擇吸附性能好、導電性好的材料作為陽極，選擇吸氧電位高且易于撲捉質子的材料作為陰極[15]。
（4）改進或替代質子交換膜。質子交換膜的質量與性質直接關系到微生物燃料電池的工作效率及產電能力。另外，目前所用的質子交換膜成本過高，不利于實現工業(yè)化。今后應設法提高質子交換膜的穿透性以及建立非間隔化的生物電池[16]。
6 結語
MFCs作為一種可再生的清潔能源技術正在迅速興起，并已逐步顯現出它獨有的社會價值和市場潛力。隨著研究的不斷深入以及生物電化學的不斷進步，MFCs必將得到不斷地推廣和應用[17]。
參考文獻
[1] 李旭文.碳納米管和有序介孔碳在微生物燃料電池電極材料中的應用研究[D].華南理工大學碩士學位論文，2012.
[2] 張怡然，吳立波.微生物燃料電池在廢水處理中的應用進展[J].水資源與水工程學報，2010，21（6）：100-104.
[3] 孫健，胡勇.有廢水處理新理念-微生物燃料電池技術研究進展[J].工業(yè)用水與廢水，2008，39（1）：1-6.
[4] 陳少華，汪家權，程建萍.微生物燃料電池處理污染廢水的研究進展[J].環(huán)境污染與防治，2012，34（4）：68-74.
[5]胡文娟.含氮雜環(huán)化合物對微生物燃料電池性能影響的研究[D].湖南大學碩士論文，2010.
[6] Liu H ，Cheng S，Logan BE. Power generation in fed—batch microbial fuel cells as a function of ionic strength，tempera—ture，and reactor configuration[J]. Environ Sci Technol，2005b，39（14）：5488-5493.
[7] 關毅，張鑫.微生物燃料電池[J].化學進展，2007，19（1）：74-79.
[8] 江世青，王亞南，尹遜亮.微生物燃料電池及其在污水處理方面應用的研究現狀[J].山東煤炭科技，2011（6）：79-80.
[9] Liu H， Logan B E. Electricity generation using an air-cathode single chamber microbial fuel cell in the presence and absence of a proton exchange membrane [J].Environ Sci Technol.，2004，38（14）：4040-4046.
[10] Rabaey K， Lissens G， Siciliano SD， et al. Biotechnology Letters，2003，25：1531-1535.
[11] 何建瑜，劉雪珠，陶詩，等.微生物燃料電池研究進展[J].安徽農業(yè)科學，2013，41（2）：785-788，793.
[12] 劉宏芳，鄭碧君.微生物燃料電池[J].化學進展，2009，21（6）：1349-1355.
[13] 朱寧正.同步廢水處理及產能的微生物燃料電池[D].哈爾濱工程大學碩士論文，2009.
[14] 盧娜，周順桂，倪晉仁.微生物燃料電池的產電機制[J].化工進展，2008，20（7～8）：1233-1240.
[15] 謝晴，楊嘉偉，王彬，等.用于污水處理的微生物燃料電池研究最新進展[J].水處理技術，2010，36（3）：10-16.
第6篇：生物燃料研究范文
[關鍵詞] 生物質 顆粒燃料 清潔燃燒
正文
1、概述
生物質顆粒燃料是在一定溫度和壓力作用下，利用木質素充當粘合劑，將松散的秸稈、樹枝和木屑等農林生物質壓縮成棒狀、 塊狀或顆粒狀等成型燃料。中質煙煤相當；基本實現 CO2零排放，NOx和 SO2的排放量遠小于煤，顆粒物排放量降低；燃燒特性明顯得到改善，利用效率顯著提高。 因此，生物質固體成型燃料技術是實現生物質高效、 清潔利用的有效途徑之一。 生物質固體成型燃料主要分為顆粒、塊狀和棒狀 3 種形式，其中顆粒燃料具有流動性強、燃燒效率高等優(yōu)點，因此得到人們的廣泛關注。
隨著我國的再生能源快速發(fā)展，生物質成型燃料技術及其清潔燃燒設備的研究開發(fā)提高了秸稈運輸和貯存能力，燃燒特性明顯得到了改善，可為農村居民提供炊事、取暖用能，具有原料來源廣泛、價格低、操作簡單等特點，是生物質能開發(fā)利用技術的主要發(fā)展方向之一。
自2006年1月1日我國頒布實施了再生能源法。使我國生物質能源發(fā)展走上了快速規(guī)范化的道路。生物質能在我國主要是以農作物秸稈為主體的資源。秸稈長期被作為農村傳統(tǒng)的用能，隨著我國農村經濟的發(fā)展，農民，特別是新一代的農民難以接受傳統(tǒng)的、直燒秸稈生活用能的落后方式。但又苦于缺乏先進廉價的使用。也只能花高價用液化氣、電、型煤等現代能源。由于現代能源的緊張和價格的日趨上漲，長期花高價用現代能源，農民又難以承受。特別是城鎮(zhèn)及城市接壤區(qū)域居民采暖，800-900元每噸的煤，一個冬天要用上1-2噸滿足采暖需要，農民甘愿受凍也不愿花如此大的費用，而城鎮(zhèn)及城市接壤區(qū)域居民采暖受到環(huán)境要求的嚴格限制。目前，居民冬季用煤采暖的已越來越少。從這一點看，在現代社會有相當多的農民沒有得到，也很難得到良好的能源服務，他們的現代生活水平還較低。國家早就重視如此重要的民生問題，從20世紀90年代初中國農業(yè)部和科技部就開始投資進行農作物秸稈資源化利用的研究、開發(fā)、試點示范和技術推廣工作。近幾年，中國農作物秸稈的清潔、方便能源利用的技術研究和開發(fā)工作已取得了一些成果，有些技術已趨于成熟，并得到一定程度的推廣。現在，中國主要的農作物秸稈能源利用技術有秸稈氣化集中供氣技術、秸稈壓塊成型及炭化技術、利用秸稈制取沼氣技術和秸稈直接燃燒技術。由于中國農村經濟的發(fā)展，農民及城鎮(zhèn)居民生活水平的提高，居民對清潔能源的需求，加上這些秸稈能源利用技術的不斷發(fā)展和逐步完善，秸稈能源利用將逐漸由傳統(tǒng)的、低效不衛(wèi)生的直接燃燒方式向優(yōu)質化和高效化方向發(fā)展。
國外關于生物質成型燃料與燃燒技術設備的應用以趨于成熟化和普遍化，我國生物質成型燃料的發(fā)展還剛開始，與之相適應的燃燒技術設備處于一種滯后狀態(tài)。目前一些成型燃料的應用，主要是在現有燃燒設備的基礎上，直接應用或改造應用，既使河南省科學院研制具有較高水平的家用顆粒燃料爐灶，也存在著技術不到位的情況，難以產業(yè)化發(fā)展，沒有做到商品化應用。
有些單位在取得了生物質顆粒燃料炊暖爐灶的基礎上，立足于建立一個秸稈成型顆粒燃料與高效清潔燃燒設備系統(tǒng)技術產品的有機統(tǒng)一，協(xié)調發(fā)展的機制。在進行“生物質冷成型燃料加工設備系統(tǒng)”和生物質顆粒燃料炊暖爐灶的研制過程中，重點解決了目前百姓采暖困難問題，創(chuàng)造了“生物質顆粒燃料供熱鍋爐”的成果。采用了生物質顆粒燃料炊暖爐灶的核心技術，實現了生物質高效、清潔燃燒、節(jié)能排放的目標。應用廣泛，可滿足城鎮(zhèn)及城市接壤區(qū)域居民采暖需求。
2、物質顆粒燃料成型和清潔燃燒技術及設備
2.1傳統(tǒng)成型方法。
它與現有的飼料制粒方式相同，即原料從環(huán)模內部加入，經由壓輥碾壓擠出環(huán)模而成粒狀。
包括原料烘干、壓制、冷卻、包裝等。該工藝流程需要消耗大量能量，首先在顆粒壓制成型過程中，壓強達到50～100MPa，原料在高壓下發(fā)生變形、升溫，溫度可達100℃～120℃，電動機的驅動需要消耗大量的電能；其次，原料的濕度要求在12%左右，濕度太高和太低都不能很好成粒，為了達到這個濕度，很多原料要烘干以后才能用于制粒；第三，壓制出來的熱顆粒（顆粒溫度可達95℃～110℃）要冷卻才能進行包裝。后2項工藝消耗的能量在制粒全過程中占25%～35%，加之成型過程中對機器的磨損比較大，所以傳統(tǒng)顆粒成型機的產品制造成本較高。
2.2冷成型技術。
新型冷成型技術通過顆粒成型機直接壓制，把秸稈、木料殘渣等轉化成大小一致的生物顆粒，其燃燒效率超過80%以上（超過普通煤燃燒約60%的效率）；燃燒效率高，產生的二氧化硫、氨氮化合物和灰塵少等優(yōu)點。
2.3清潔燃燒設備
目前燃燒設備的理論研究和應用研究還較少，國內也引進一些以生物質顆粒為燃料的燃燒器， 但這些燃燒器的燃料適應范圍很窄，只適用于木質顆粒，改燃秸稈類顆粒時易出現結渣、堿金屬及氯腐蝕、設備內飛灰嚴重等問題，而且這些燃燒器結構復雜、能耗高、價格昂貴，不適合我國國情，因此沒有得到大面積推廣。
哈爾濱工業(yè)大學較早地進行了生物質燃料的流化床燃燒技術研究，并先后與無錫鍋
爐廠、杭州鍋爐廠合作開發(fā)了不同規(guī)模、不同爐型的生物質燃燒鍋爐。 此外，河南農業(yè)大學研制出雙層爐排生物質成型燃料鍋爐，浙江大學研制出燃用生物質秸稈顆粒燃料的雙膽反燒鍋爐等。
3、發(fā)展前景分析
我國生物質能資源非常豐富，農作物秸稈資源量超過7.2億噸，其中6.04億噸可作能源使用。國家通過引進、消化、吸收國外先進技術，嫁接商品化、集約化、規(guī)模化的管理經驗，結合中國國情，在農村推廣實施秸稈綜合利用技術，在節(jié)省不可再生資源、緩解電力供應緊張等方面都具有特別重要的意義。秸稈綜合利用不但減少了秸稈焚燒對環(huán)境造成的危害、減少了溫室氣體和有害氣體排放，而且對帶動新農村建設無疑將起到重要的促進作用。從秸稈資源總量看，廣大農村、鄉(xiāng)鎮(zhèn)的各種秸稈產量大、范圍廣。生物質固體燃料是繼煤炭、石油、天然氣之后的第四大能源，是可取代礦產能源的可再生資源，是未來一個重點發(fā)展方向。
參考文獻
[1]劉延春，張英楠，劉明，等.生物質固化成型技術研究進展[J].世界林業(yè)研究，2008，21（4）：41-47.
[2]趙迎芳，梁曉輝，徐桂轉，等.生物質成型燃料熱水鍋爐的設計與試驗研究[J].河南農業(yè)大學學報，2008，42（1）：108-111.
第7篇：生物燃料研究范文
1 生物質固體燃料成型工藝及設備
1.1 成型工藝
生物質燃料的致密成型工藝直接決定了生物質燃料的形狀和特性,根據成型條件的不同可以將生物質成型工藝分為常溫濕壓成型、熱壓成型、炭化成型和冷壓成型[10]。
(1)濕壓成型工藝:濕壓成型是利用水對纖維素的潤漲作用,纖維素在水中濕潤皺裂并部分降解,使其加壓成型得到了很明顯的改善。在簡單的裝置下加壓將水分擠出,形成低密度的壓縮燃料塊。此種方法多用于纖維板的生產。
(2)熱壓成型工藝:熱壓成型工藝是現在應用較多的生物質壓縮成型工藝之一,其工藝流程為:原料粉碎干燥混合擠壓成型冷卻包裝。對于不同的原料種類、粒度、含水率和成型設備,成型工藝參數也要隨之變化,但由于木質素在 70~100℃時開始軟化具有黏性,當溫度達到 200~300℃時呈熔融狀,黏性很高[11],在熱壓過程中可起到黏結劑的作用,所以加熱維持成型溫度一般在 150~300℃,使木質素、纖維素等軟化并擠壓成生物質成型塊。
(3)炭化成型工藝:炭化是在隔絕或限制空氣的條件下,將木材、秸稈等在 400~600℃的溫度下加熱,得到固體炭、氣體、液體等產物的技術,以生產炭為主要目的的技術稱為制炭,以氣體或液體的回收利用為重點的技術稱為干餾,兩者合稱為炭化[12]。炭化成型工藝是將碎料經過炭化,去除其中的揮發(fā)分,減少煙和氣味,提高燃燒的清潔性。根據炭化工序的先后可分為先成型后炭化工藝和先炭化后成型工藝。①先成型后炭化工藝為:原料粉碎干燥成型炭化冷卻包裝;②先炭化后成型工藝為:原料粉碎除雜炭化混合黏結劑成品干燥、包裝。纖維素類生物質經炭化后,成型時表面黏結性能下降,直接壓縮成型的生物質固體燃料易松散,不易貯存和運輸,因此要加入適當的黏結劑來增加其致密成型的強度,現有的黏結劑如脲醛樹脂(UF),水玻璃,糠醛廢渣,NaOH、硼砂、水和淀粉混合黏結劑,聚乙烯醇、淀粉和JTJ(代號)混合黏結劑[13],淀粉、木質素類、羧甲基纖維素及焦油等[14]。
(4)冷壓成型工藝:冷壓成型工藝是將生物質顆粒在高壓下擠壓,利用擠壓過程中顆粒與顆粒之間摩擦產生的熱量使木質素軟化并具有一定的黏結性,從而達到固定成型的效果。冷壓成型工藝生產的生物質致密燃料的物理性能沒有前幾種工藝生產的生物質燃料優(yōu)良。
(5)生物質燃料的致密成型工藝評價指標:松弛密度和耐久性是衡量生物質燃料致密成型物理品質的兩個重要指標。適宜的壓縮時間,盡可能小的粒度,適當增加壓力、溫度或加黏結劑,可以達到提高松弛密度的目的。耐久性可以細化為抗變形性、抗跌碎性、抗?jié)L碎性、抗?jié)B水性和抗吸濕性等[15]。此外,將內摩擦角作為影響生物質致密成型燃料的評價指標,也有相應的研究[16]。
1.2 成型設備
(1)螺旋擠壓式成型機:螺旋擠壓成型機是靠螺桿擠壓生物質,并維持一定的成型溫度,使生物質中的纖維素、半纖維素和木質素得到軟化,從而減小內部的摩擦,擠壓成生物質致密成型塊。與纖維板的生產相類似,如果原料的含水率過高,在加熱壓縮的過程中致密成型塊也容易發(fā)生開裂和“放炮”現象,所以原料的含水率應控制在 8%~12%之間,成型壓力要隨著原料和所要求成型塊密度的不同而異,一般在4.9~12.74kPa之間,成型燃料的形狀通常為空心燃料棒(如圖 1(a)所示)。螺旋擠壓機運行平穩(wěn)、生產連續(xù)性較好,但螺桿的磨損較嚴重,使用壽命較短,這也相應地增加了生產成本[17-19]。中國林業(yè)科學研究院林產化學工業(yè)研究所研制了螺旋擠壓式棒狀燃料成型機,西北農林科技大學研制出了JX7.5、JX11 和SZJ80A三種植物燃料成型機。
(2)活塞沖壓式成型機:活塞沖壓式成型機根據驅動方式的不同又分為機械驅動活塞式成型機和液壓驅動活塞式成型機,其中液壓沖壓式成型機允許加工含水率較高(20%左右)的原料,常用于生產實心燃料棒或燃料塊(如圖 1(b)所示),其密度在0.8~1.1g/cm3之間,成型致密燃料塊比較容易松散,但在壓縮過程中一般不需要加熱,也減小了成型部件的損耗。河南農業(yè)大學研制了液壓往復活塞雙向擠壓加熱成型的棒狀燃料成型機,首鋼研制了機械活塞沖壓式生物質塊狀燃料成型機,中國農業(yè)機械化科學研究院研制了 CYJ-35 型沖壓式成型機。
(3)壓輥式成型機:壓輥式成型機主要生產顆粒狀的生物質致密成型燃料(如圖 1(c)所示),其可分為環(huán)模成型機和平模成型機。該機對原料含水率要求較為寬松,一般在 10%~40%之間,顆粒成型燃料的密度在 1.0~1.4g/cm3之間,成型時一般不需要加熱,根據原料的狀況可適當添加少量黏結劑。壓輥式成型機的基本工作部件由壓輥和壓模組成。其中壓輥可以繞自身的軸轉動,壓輥的外周加工有齒或槽,用于壓緊原料而不致打滑。壓模有圓盤或圓環(huán)形兩種,壓模上加工有成型孔,原料進入壓輥和壓模之間,在壓輥的作用下被壓入成型孔內。從成型孔內壓出的原料就變成圓柱形或棱柱形,最后用切斷刀切成顆粒狀成型燃料。中南林業(yè)科技大學開發(fā)了生物質顆粒燃料成型機,河南省科學院能源研究所研制了在常溫下生產顆粒燃料的環(huán)模式成型機,清華大學清潔能源研究與教育中心研制了常溫成型顆粒燃料生產設備。
2生物質固體燃料成型和燃燒的影響因素
2.1原料種類
生物質固體成型過程中,依靠木質素在較高溫度下軟化呈熔融狀態(tài)、在外壓力作用下流動的特性,可以起到膠黏劑的效果,所以木質素在生物質中的含量直接影響燃料的成型。生物質的密度也對成型有一定的影響,密度大的原料較難壓縮成型。2.2原料含水率不同工藝對生物質的含水率都有相應的要求。顆粒成型工藝所用原料的含水率一般在15%~25%之間;棒狀成型燃料所用原料的含水率不大于 10%。在熱壓成型中,含水率過高,水蒸氣不容易從原料中溢出,會發(fā)生氣堵或“放炮”現象;而含水率過低又會影響木質素的軟化點。
2.3 原料粒度
粒度小的原料容易壓縮,可增大生物質固體燃料的密度。但采用沖壓成型時要求原料具有較大的尺寸或較長的纖維,以避免原料粒度過小而脫落,給運輸造成不便。
2.4成型壓力與壓模幾何形狀
成型壓力影響成型密度,但受設備能力的限制,制約了成型壓力的增加;壓膜的幾何形狀影響成型壓力以及摩擦力的大小。
2.5 成型溫度
成型溫度高會使原料本身變軟,木質素軟化,容易壓縮成型,但溫度過高會造成模子退火、耐磨性降低、壽命縮短,而且還會使物料炭化嚴重,降低表面黏結性能而影響成型。
2.6添加劑
生物質固體成型過程中使用的添加劑主要是聚環(huán)氯乙烷,其可以中和成型燃料顆粒表層和擴散層(水分)之間產生的電動勢,使成型塊的結合更加牢固[20]。
第8篇：生物燃料研究范文
生物能源是什么
生物能源又稱綠色能源，可再生，原材料遍布各地，蘊藏量極大。生物能源離我們并不遙遠，它就在身邊。垃圾、秸稈、沼氣甚至包括 “地溝油”，這些看似無用的家伙經過加工處理都能變成可利用能源。通常包括：一是木材及森林工業(yè)廢棄物；二是農業(yè)廢棄物；三是水生植物；四是油料植物；五是城市和工業(yè)有機廢棄物；六是動物糞便。
生物能源主要有沼氣、生物制氫、生物柴油和燃料乙醇。沼氣由微生物發(fā)酵秸稈、禽畜糞便等有機物產生，主要成分是甲烷；生物氫通過微生物發(fā)酵得到，由于燃燒生成水，是最潔凈的能源；生物柴油是利用生物酶將植物油或其他油脂分解后得到的液體燃料，作為柴油替代品；燃料乙醇是植物發(fā)酵時產生的酒精，以一定比例摻入汽油,使排放的尾氣更清潔。
生物能源的現狀
新型原料培育、產品綜合利用、技術高效低成本轉化，是“十二五”生物能源技術三大趨勢。原料從以廢棄物為主向新型資源選育和規(guī)模化培育發(fā)展；高效、低成本轉化技術與生物燃料產品高值利用是技術發(fā)展核心；生物質全鏈條實現綠色、高效利用。
我國現有生物質資源相當于4.5億噸標準煤，利用技術被列為重點科技攻關項目，如戶用沼氣池、節(jié)柴炕灶、薪炭林、大中型沼氣工程、生物質壓塊成型、氣化與氣化發(fā)電、生物質液體燃料等。
生物能源科技重點包括：微藻、油脂類、淀粉類、糖類、纖維類等能源植物的選育與種植，生物燃氣高值化制備及綜合利用，農業(yè)廢棄物制備車用生物燃氣示范，生物質液體燃料高效制備與生物煉制，規(guī)模化生物質熱轉化生產液體燃料及多聯(lián)產技術，纖維素基液體燃料高效制備，生物柴油產業(yè)化關鍵技術研究，萬噸級的成型燃料生產工藝及國產化裝備，生物基材料及化學品的制備煉制技術等。已經開發(fā)出多種固定床和流化床氣化爐，以秸稈、木屑、稻殼、樹枝為原料生產燃氣。
利用方式
1.氣體燃料。包括沼氣、生物質氣化制氣等。利用有機垃圾、生物質廢料、殘留物、廢棄物等進行發(fā)酵等工藝，生產出沼氣等可燃氣體。這種利用方式受原材料供應限制，大中型沼氣工程發(fā)展較慢。可燃氣通常用于家庭，以及專用燃氣交通工具，使用范圍較窄。可燃氣體發(fā)電同樣受到原料供應的限制。
2.液體生物質燃料。包括燃料乙醇和生物柴油，是可再生能源開發(fā)利用的重要方向。
生物柴油的原料來源廣泛：回收動植物油；含油量高的植物，如麻風樹（學名小桐子）、黃連木、文冠果、續(xù)隨子等。構建大規(guī)模生物柴油能源林是解決原料供應的根本。
燃料乙醇在經歷了以糧食為原料生產的初級階段后，逐漸向以木質纖維素等非糧食原料轉向。目前已有若干實驗試點企業(yè)運行投產。
3.固體生物質燃料。分為生物質直接燃燒、壓縮成型燃料、生物質與煤混合燃燒為原料的燃料。熱效率利用率較低，通過新型爐灶、鍋爐提高熱效率利用率，或者把生物質固化成型后采用略加改進后的傳統(tǒng)設備燃用，但成型燃料的壓縮成本較高。此外，生物質燃料發(fā)電也成為當前生物質能開發(fā)利用的重要方向。
美國、英國、瑞典等國家均有生物質能源發(fā)電站建設投產，我國在這方面也具有了一定的規(guī)模，南方地區(qū)的許多糖廠利用甘蔗渣發(fā)電。廣東和廣西兩省共有小型發(fā)電機組300余臺，云南也有一些甘蔗渣電廠。
在諸多的生物質利用技術中，生物質發(fā)電技術是最具發(fā)展?jié)摿Φ睦眉夹g之一。因為電的利用范圍較廣，而且可以充分利用現存電網。高效直燃發(fā)電是最簡便可行的高效利用生物質資源的方式之一。
發(fā)展生物能源的8大優(yōu)勢
生物能源對環(huán)境污染小，屬于可再生能源，其普遍、易取，便于運輸，且具有以下優(yōu)勢：
1.生物燃料是唯一能大規(guī)模替代石油燃料的能源產品，而水能、風能、太陽能、核能及其他新能源只適用于發(fā)電和供熱。
2.產品多樣。液態(tài)：生物乙醇和柴油；固態(tài)：原型和成型燃料；氣態(tài)：沼氣等。既可以替代石油、煤炭和天然氣，也可供熱和發(fā)電。
3.原料多樣。秸稈、林業(yè)加工剩余物、畜禽糞便、食品加工業(yè)的有機廢水廢渣、城市垃圾，還可利用低質土地種植各種能源植物。
4.生物燃料可以像石油和煤炭那樣生產塑料、纖維等產品，形成生產體系。其他可再生能源和新能源不可能做到。
5.可循環(huán)性和環(huán)保性。生物燃料是在農林和城鄉(xiāng)有機廢棄物的無害化和資源化過程中生產出來的產品；生物燃料的全部物質均能進入生物循環(huán)。物質上永續(xù)，資源上可循環(huán)。
6.生物燃料的“帶動性”。生物燃料可以拓展農業(yè)生產領域，帶動農村經濟發(fā)展，增加農民收入；還能促進制造業(yè)、建筑業(yè)、汽車業(yè)等行業(yè)發(fā)展。
7.生物燃料具有對原油價格的“抑制性”。生物燃料將使“原油”生產國從目前的20個增加到200個，通過自主生產燃料，抑制進口石油價格，并減少進口石油花費，使更多的資金能用于改善人民生活，從根本上解決糧食危機。
8.生物燃料可以創(chuàng)造就業(yè)機會和建立內需市場。聯(lián)合國環(huán)境計劃署的“綠色職業(yè)”報告中指出，“到2030年可再生能源產業(yè)將創(chuàng)造2040萬個就業(yè)機會，其中生物燃料1200萬個”。
相關政策
近幾年，中國生物能源產業(yè)發(fā)展迅速，產品產出持續(xù)擴張，國家產業(yè)政策鼓勵生物能源產業(yè)向高技術產品方向發(fā)展，中國企業(yè)新增生物能源投資項目逐漸增多。投資者對生物能源產業(yè)的關注越來越密切，生物能源已成“十二五”規(guī)劃扶持重點。《可再生能源中長期發(fā)展規(guī)劃》提出，未來15年內投資約1.5萬億用于發(fā)展可再生能源，到2020年發(fā)展燃料乙醇至1500萬噸、生物柴油500萬噸。2011年1月5日，總理主持召開國務院常務會議，決定實施新一輪農村電網改造升級工程。在“十二五”期間，使全國農村電網普遍得到改造，基本建成安全可靠、節(jié)能環(huán)保、技術先進、管理規(guī)范的新型農村電網。
存在問題
1.原料資源短缺。廣西木薯燃料乙醇項目，被利用為燃料乙醇原材料的木薯的前后價格差別很大，這對供應體系是個挑戰(zhàn)。考慮到與人畜食物相爭，很多國家都限制玉米乙醇生產，生物柴油原料不足。同樣的問題在生物質發(fā)電、成型燃料和生物柴油領域也普遍存在。制備生物柴油主要原材料――“地溝油”回收方面表現尤為突出。相比于“地溝油”制備食用油技術，生物柴油的成本高售價低，再加上相關部門監(jiān)管力度不夠，造成“地溝油”回流餐桌現象普遍，也直接導致生物柴油原料供應不足。
2.技術基礎薄弱。以能源作物為原料生產燃料處于試驗階段，以廢棄動植物油生產生物柴油的技術較為成熟，但潛力有限。后備資源潛力大的纖維素生物質燃料乙醇和生物合成柴油的生產技術還處于研究階段，產業(yè)化程度低。
3.生物燃油產品市場競爭力弱。受原料來源、生產技術和產業(yè)組織等多方面因素的影響，燃料乙醇的生產成本較高。目前，國家每年對102萬噸燃料乙醇的財政補貼約為15億元，在目前的技術和市場條件下，擴大燃料乙醇生產需要大量的資金補貼。
4.銷售市場建設滯后，下游企業(yè)對接缺失。主要體現在生物液體燃料方面。以生物柴油為例，國內企業(yè)幾乎都沒有自己的加油站，很難進入中石油、中石化的成品油零售市場，銷售渠道更是匱乏單一。在生物柴油發(fā)展的黃金期，國內涉足企業(yè)數量一度達到了300多家，目前數量縮水三分之一。
中小投資者的機遇
原料加工：如綠野科技從菊芋塊莖中提取菊粉；甜高粱產量高，稈渣是造紙的好原料，作為大規(guī)模的能源作物具備有利的特性，很有前途。
油料作物種植：如北京草業(yè)與環(huán)境研究發(fā)展中心的柳枝稷、蘆竹和荻，已試種了3000畝；赤峰市翁牛特旗經濟林場，文冠果基地全國最大；湖南林業(yè)科學院能源植物與生物燃料油研究中心，選育出大果、矮化、高產、高含油的光皮樹無性系良種6個，營造光皮樹油料林30萬畝。
第9篇：生物燃料研究范文
關鍵詞：生物質成型燃料 鍋爐設計 雙層爐排 動態(tài)評價 技術經濟
中圖分類號：TK229 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2013）03（b）-00-01
1 雙層爐排的設計依據
我國在生物質成型燃料燃燒上進行的理論與應用研究較少，然而它的確是能有效解決生物質高效、潔凈化利用的一個有效途徑。目前來說，沒有弄清楚生物質成型燃料理論，需要將原有燃煤鍋爐進行一定程度的改造升級，但是爐膛的容積、形狀、過剩空氣系數等和生物質成型燃燒是不匹配的，也因此導致了鍋爐燃燒效率和熱效率很低，污染物排放超標。所以，根據生物質成型燃料理論科學來進行設計研究專用的鍋爐是目前急需解決的重要問題。
1.1 燃燒特性
以稻草，玉米稈，高粱稈，木屑為例子，對比它們的工業(yè)分析、元素分析、以及發(fā)熱量的數值，我們可以得出結論：生物質成型燃料的揮發(fā)分遠遠高于煤，含碳量和灰分也比煤小很多，熱值比煤要小。（1）原生物質燃燒特性，原生物質尤其是秸稈類的生物質密度較小，體積大，揮發(fā)分在60%～70%之間，易燃。熱分解時的溫度低，一般來說，350C就能釋放80%的揮發(fā)分，燃燒速度很快。需氧量也遠大于外界擴散所提供的氧量，導致供養(yǎng)不足，從而形成CO等的有害物質。（2）生物質成型燃料特性，生物質成型燃料密度遠大于原生物質，因為其經過高壓才能形成，為塊狀物，結構和組織的特征使得其揮發(fā)分逸出速度和傳熱速度大幅度降低，而其點火溫度升高，性能差，但比煤的性能要強。燃燒開始的時候揮發(fā)分是慢速分解的，在動力區(qū)燃燒，速度也中等，逐漸過度到擴散區(qū)和過渡區(qū)，讓揮發(fā)分所發(fā)出熱量能及時到達受熱面，因而降低了排煙的熱損失。在其揮發(fā)分燃燒后，焦炭骨架結構變得緊密，運動氣流無法讓其解體懸浮，因而骨架炭能夠保持住它的層狀燃燒，形成燃燒核心。它需要的氧氣和靜態(tài)滲透擴散的一樣，燃燒時候很穩(wěn)定并且溫度很高，也因而降低排煙的熱損失。
所以說，生物質成型燃燒相比之下優(yōu)點更明顯，燃燒速度均勻適中，需氧量和擴散的氧量能很好匹配，燃燒的波浪比較小，更穩(wěn)定。
1.2 設計生物質成型燃料鍋爐的主要要求
（1）結構布置，采用了雙層爐排的設計結構，也就是手燒爐排，并且在一定高度加上一道水冷卻的鋼管式爐排。其組成包括了：上爐門、中爐門、下爐門、上爐排、下爐排、輻射受熱面、風室、燃燼室、爐膛、爐墻、對流受熱面、排氣管、煙道和煙囪等。上爐門是常開設計的，用作投燃料和供給空氣。中爐門則可以調整下爐排上燃料的燃燒，并可以清理殘渣，只打開于點火和清理的時候。下爐門用來排灰，提供少量空氣，在運行時微微打開，看下爐排上的燃燒情況再決定是否開度。上爐排以上的地方是風室，上下爐排間是爐膛，墻上則設計有排煙口，不能過高，不然煙氣會短路。但過低也不行，否則下爐排的灰渣厚度達不到。設計的工作原理，讓一定的粒徑生物質成型燃料通過上爐門燃燒，上爐排產生的生物質屑和灰渣可以在下爐排繼續(xù)燃燒。經過上爐排的燃燒，生成的煙氣與部分可燃氣體通過燃料層然后是灰渣層而進到爐膛內，繼續(xù)燃燒，并且和下爐排上燃料所生成的煙氣混合，然后通過出煙口通向燃燼室，再到后面的對流受熱面。下爐排可以采取低、中、高這樣三個活動爐排，因為燃料粒徑和熱負荷的大小不同。這樣就達到了讓生物質成型燃料分布燃燒的目的，能夠緩解其燃燒的速度，還能匹配需氧量。完全燃燒率得到提升，消除煙塵也更有效化了。鍋爐受熱面設計，換熱面以輻射換熱為主的形式叫作輻射換熱面，又稱作水冷壁。由計算得出其受熱面的大小，為保持鍋爐內的爐溫和生物質燃料的燃燒，要把上爐排布置成輻射的受熱面。而形式是對流的換熱面則是對流受熱面，也叫作對流管束，其大小能由公式計算得到。引風機選型，引風機是用來克服風道阻力以及煙道的。選擇風機的時候必須考慮其儲備問題，否則會造成計算帶來的誤差。風量和風壓能由計算來確定，選擇型號要依據制造廠的產品目錄。
2 對雙層爐排生物質成型燃料鍋爐的前景分析
生產與利用實際上就是一個把生產目的、手段還有投入人力物力財力之間進行合適的結合的過程。這不是簡單的經濟過程，是技術與經濟相互結合的過程。技術因素和經濟因素要協(xié)調，才能使這項技術得到更好的推廣和發(fā)展。
2.1 技術分析
雙層爐排生物質成型燃料鍋爐設計的熱負荷是87千瓦，熱水溫度95攝氏度，進水的溫度是20攝氏度，熱效率也能高達70%，其排煙溫度200攝氏度。它在技術的性能上十分占優(yōu)勢，有很高的熱效率和燃燒效率，也減少了有害氣體和煙塵的排放量，符合我國的標準，對環(huán)境帶來的損害小，所以可以考慮廣泛應用于各種活動生產中來。
2.2 經濟分析
在經濟效益方面，因為該鍋爐的燃燒效率較高，所以能很大程度燃燒燃料，因此制造的熱能量等損失小，節(jié)省了不少燃料費用。對比燃煤鍋爐，更為經濟適用。另外，成本費里包括了固定資產的投入與運行費用。而固定資產投入費包含了設備與建設費，該鍋爐的成本為一萬元，安裝和土建費則是五千元，運行費也含有電費、原料費、人工費以及設備維修費。而優(yōu)點是簡單的設備能節(jié)省人工費。如果對成型技術還有設備做進一步的研究，可以在原有成本上再降低，因此也是可取的，適合經濟發(fā)展的。
3 結語
（1）在技術上，雙層爐排是一個很大的進步，能很好的提高效率，而且控制了污染物的排放量，也達到了工質參數的設計要求，隨著燃料能源的價格上漲，還有科研人員加強對生物質成型技術的深入研究，這種鍋爐一定能占有不錯的市場。（2）用技術經濟學來分析鍋爐，能得出一個大致結果就是，該鍋爐投資較大，但是長期看來，是經濟可行的，其效益也是符合投資要求的。只是和燃煤鍋爐比較起來，燃煤的價格占有優(yōu)勢，但如果化石能源的價格上漲，并且環(huán)保力度加大，雙層爐排生物質成型燃料鍋爐會越來越占據優(yōu)勢的一面。
參考文獻
[1] 劉雅琴.大力開發(fā)工業(yè)鍋爐生物質燃燒技術前景分析[M].工業(yè)鍋爐，1999.
[2] 林宗虎，徐通模.應用鍋爐手冊[J].化學工業(yè)出版社，1996（6）.
