生物質(zhì)發(fā)電理論基礎

通過生物、化學與機械工程等技術手段將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為目標產(chǎn)物的過程中生物質(zhì)表現(xiàn)出的性質(zhì)。知識點3——生物質(zhì)生化轉(zhuǎn)化特性

以農(nóng)林生物質(zhì)為主要原料，綜合運用生物學特別是遺傳工程、細胞工程、酶工程等以及化學技術與工程等手段，將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為目標產(chǎn)物的技術稱為生物質(zhì)生化轉(zhuǎn)化技術。

生物質(zhì)生化轉(zhuǎn)化相對于燃燒、碳化、熱解等而言，具有操作條件溫和、產(chǎn)品純度高、清潔、高效等優(yōu)點。

生物質(zhì)生化轉(zhuǎn)化還可以通過篩選不同的酶或微生物而將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為生物質(zhì)燃料或生物質(zhì)化學品以及其他多種中間產(chǎn)物，包括氫氣、甲烷、乙醇、丙酮、丁醇、1,4-丁二醇、木糖醇以及有機酸類如乳酸等，從而為多種可再生材料、燃料和化學品的轉(zhuǎn)化提供平臺物質(zhì)。

生物質(zhì)生化轉(zhuǎn)化產(chǎn)品可以涵蓋多個碳鏈結構，而且滿足低碳、環(huán)保要求，符合可持續(xù)發(fā)展趨勢。

農(nóng)林生物質(zhì)醇電聯(lián)產(chǎn)是生物質(zhì)發(fā)電和生物乙醇等生物質(zhì)化學品生產(chǎn)的結合，是生物質(zhì)資源規(guī)?；玫闹匾较颉?/p>

農(nóng)林生物質(zhì)利用自然界中的陽光、水、土、空氣等，通過光合作用將碳、氫、氧等元素組成一系列的有機物質(zhì)，主要是纖維素、半纖維素、木質(zhì)素三種高分子聚合物，此外，還有少量的果膠質(zhì)、樹脂、單寧、色素、生物堿、蛋白質(zhì)、灰分等物質(zhì)。生物質(zhì)原料生化組成

生物質(zhì)生化轉(zhuǎn)化還可以通過篩選不同的酶或微生物而將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為生物質(zhì)燃料或生物質(zhì)化學品以及其他多種中間產(chǎn)物，包括氫氣、甲烷、乙醇、丙酮、丁醇、1,4-丁二醇、木糖醇以及有機酸類如乳酸等，從而為多種可再生材料、燃料和化學品的轉(zhuǎn)化提供平臺物質(zhì)。不同種類生物質(zhì)原料因組成成分及含量不同而存在的物理、化學性質(zhì)差異，復雜化學結構和應對自然環(huán)境變化的生物機制以及微生物等對其結構多糖的降解，共同形成了生物質(zhì)原料生化轉(zhuǎn)化特點。

一種不溶于水的均一聚糖，由β-D-吡喃葡萄糖(β-D-Glcp)單元通過1，4糖苷鍵連接成無分支的長鏈，纖維素大分子中的D-葡萄糖基之間按照纖維二糖連接的方式連接，是植物細胞壁的主要成分。纖維素

組成每一個纖維大分子的葡萄糖基數(shù)目稱為纖維素聚合度，不同原料的纖維素聚合度大小是有差異的，一般在幾百至幾萬之間。纖維素的化學結構式：1,4-β-D呋喃式失水聚葡萄糖。化學結構的實驗分子式：(C6H10O5)n

n為聚合度。

組成每一個纖維大分子的葡萄糖基數(shù)目稱為纖維素聚合度，不同原料的纖維素聚合度大小是有差異的，一般在幾百至幾萬之間。纖維素的化學結構式：1,4-β-D呋喃式失水聚葡萄糖。化學結構的實驗分子式：(C6H10O5)n

n為聚合度。在自然界中，它的性質(zhì)和功能是通過纖維素大分子的聚集狀態(tài)以及微細纖維結構決定的，一部分排列整齊、有規(guī)則、分子鏈取向好，形成了結晶區(qū)，一部分排列不整齊、較松弛稱為無定形區(qū)。

由于結晶區(qū)和無定形區(qū)的存在和各自所占的比例不同，纖維素大分子聚集方式的不同。纖維素在不同生物質(zhì)中的含量不同酸解、酶解難易程度不同物理性質(zhì)和熱值不同

農(nóng)林生物質(zhì)的細胞壁中除去纖維素及果膠以外全部碳水化合物聚合物(少量的淀粉除外)的統(tǒng)稱。半纖維素半纖維素通常是由兩種或兩種以上單糖基組成的不均一聚糖，大多帶有短側鏈。構成半纖維素線性聚糖主鏈的單糖主要是:木糖葡萄糖甘露糖構成半纖維素的短側鏈糖基有:木糖葡萄糖半乳糖阿拉伯糖巖藻糖鼠李糖葡萄糖醛酸木聚糖阿拉伯木聚糖葡萄甘露聚糖木糖葡萄聚糖常見的半纖維素主要有:各種纖維原料的半纖維素含量、組成結構均不相同，同種原料的半纖維素也會有多種結構。僅次于纖維素的一種大分子有機物質(zhì)。木質(zhì)素

木質(zhì)素作為細胞間固結物質(zhì)填充在細胞壁的微纖絲之間，也存在于細胞間，把相鄰的細胞黏結在一起，起到加固木質(zhì)化植物組織、增強強度、減少侵害的作用。木質(zhì)素磺酸鈣一般認為木質(zhì)素是由苯基丙烷結構單元通過碳-碳鍵和醚鍵連接而成的具有三度空間結構的高分子聚合物。木質(zhì)素基本結構單元有：愈瘡木基丙烷紫丁香基丙烷對羥苯基丙烷木質(zhì)素磺酸鈉

生物質(zhì)經(jīng)一定的物理、化學、生物預處理后，由生物或生物催化劑(酶或微生物細胞)將其轉(zhuǎn)化為單糖或可其他被生物轉(zhuǎn)化的糖，再由生物或生物催化劑將其轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳a(chǎn)品。生物質(zhì)生化轉(zhuǎn)化

生物質(zhì)生化轉(zhuǎn)化：糖類由生物質(zhì)原料中釋放并發(fā)酵，轉(zhuǎn)變?yōu)槟繕水a(chǎn)品的過程。轉(zhuǎn)化環(huán)節(jié)生物質(zhì)預處理單元生物質(zhì)水解單元

生物質(zhì)生物轉(zhuǎn)化單元

生物質(zhì)后處理單元構生物質(zhì)水解和生物質(zhì)生物轉(zhuǎn)化兩個步驟可分步進行，也可同時進行。分步進行：物料在水解裝置中水解，水解之后進人發(fā)酵裝置發(fā)酵，稱為分步水解發(fā)酵技術。

優(yōu)點：每個處理環(huán)節(jié)的操作都能在各自最有利的工藝條件下進行。

同時進行：在同一個裝置中同時完成水解和發(fā)酵，稱為同步糖化發(fā)酵技術。優(yōu)點：降低了水解產(chǎn)物對催化劑和菌種的抑制，簡化了工藝，縮短了生產(chǎn)周期，降低了固定資產(chǎn)投資。但是，需要協(xié)調(diào)水解和發(fā)酵的最佳工藝條件，使之同時滿足水解和發(fā)酵的需要。

將纖維素酶的生產(chǎn)、物料的水解、發(fā)酵等轉(zhuǎn)化過程由一種微生物或微生物群來實現(xiàn)的統(tǒng)合生物工藝,這種工藝能降低木質(zhì)纖維素乙醇的生產(chǎn)成本。

生物質(zhì)原料具有生物質(zhì)抗降解屏障，首先要進行相應的預處理，初步打開其天然結構，提高生物質(zhì)的動量傳遞、熱量傳遞、質(zhì)量傳遞生物化學反應的速度和效率。1.生物質(zhì)預處理單元

又稱為糖化單元。生物質(zhì)原料的抗降解屏障被初步打開后，通過水解將纖維素、半纖維素等高分子聚合物或多糖等物質(zhì)轉(zhuǎn)化為單糖或可被生物轉(zhuǎn)化的糖的過程。2.生物質(zhì)水解單元

在經(jīng)過水解單元后，單糖或可被生物轉(zhuǎn)化的糖，通過微生物(如酵母等)發(fā)酵轉(zhuǎn)化為特定產(chǎn)品的過程。3.生物質(zhì)生物轉(zhuǎn)化單元將經(jīng)過生物轉(zhuǎn)化單元得到的特定產(chǎn)品分離、提純形成最終成品的過程。轉(zhuǎn)化產(chǎn)品從用途來看，生物質(zhì)