2025年大學(xué)《能源化學(xué)》專業(yè)題庫(kù)——生物質(zhì)資源生物燃料研究考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共10分）1.下列哪種生物質(zhì)資源主要含有纖維素和半纖維素？（）A.動(dòng)物脂肪B.微藻C.農(nóng)作物秸稈D.木材2.生物乙醇發(fā)酵通常使用的微生物是？（）A.酵母（如釀酒酵母）B.霉菌（如黑曲霉）C.細(xì)菌（如大腸桿菌）D.酪蛋白3.生物柴油的主要成分是？（）A.甘油和脂肪酸甲酯B.甘油和乙醇C.甲醇和脂肪酸D.甘油和脂肪酸乙酯4.木質(zhì)纖維素生物質(zhì)預(yù)處理的主要目的是？（）A.提高發(fā)酵產(chǎn)率B.去除木質(zhì)素，使纖維素和半纖維素分離C.增加生物質(zhì)能量密度D.增強(qiáng)微生物活性5.與傳統(tǒng)化石燃料相比，生物燃料的主要優(yōu)點(diǎn)之一是？（）A.能量密度更高B.資源不可再生C.環(huán)境友好，碳中性D.開采成本更低二、填空題（每空1分，共15分）1.生物質(zhì)資源主要包括________、________、________和________等類別。2.將生物質(zhì)中的糖類轉(zhuǎn)化為乙醇的過程主要包括________、________和后處理三個(gè)階段。3.生物柴油的制備方法主要包括________反應(yīng)和________反應(yīng)。4.木質(zhì)纖維素生物質(zhì)的三大主要組分是________、________和________。5.影響生物燃料經(jīng)濟(jì)性的重要因素包括原料成本、________、________和政策支持等。三、簡(jiǎn)答題（每題5分，共20分）1.簡(jiǎn)述酶水解在木質(zhì)纖維素生物質(zhì)轉(zhuǎn)化中的作用及其優(yōu)勢(shì)。2.簡(jiǎn)述堿催化的酯交換反應(yīng)制備生物柴油的原理。3.簡(jiǎn)述生物乙醇發(fā)酵過程中，提高乙醇產(chǎn)率的主要途徑。4.簡(jiǎn)述什么是微藻生物燃料，并列舉其至少兩個(gè)潛在優(yōu)勢(shì)。四、論述題（每題10分，共30分）1.論述影響木質(zhì)纖維素生物質(zhì)高效轉(zhuǎn)化為生物燃料的主要瓶頸及其可能的解決方案。2.比較生物乙醇和生物柴油在資源利用方式、主要制備技術(shù)、能源密度和環(huán)境impact方面的異同。3.結(jié)合當(dāng)前能源和環(huán)境問題，論述發(fā)展生物燃料技術(shù)的意義以及面臨的挑戰(zhàn)。試卷答案一、選擇題1.C2.A3.D4.B5.C二、填空題1.農(nóng)作物殘留林業(yè)廢棄物有機(jī)廢棄物微藻2.水解發(fā)酵3.酯交換酶催化4.纖維素半纖維素木質(zhì)素5.生產(chǎn)成本運(yùn)輸成本三、簡(jiǎn)答題1.酶水解是利用纖維素酶、半纖維素酶等酶制劑將木質(zhì)纖維素中的纖維素和半纖維素分別水解成葡萄糖和五碳糖等可發(fā)酵糖。其優(yōu)勢(shì)在于反應(yīng)條件溫和（常溫常壓、中性或微酸堿環(huán)境），選擇性好，對(duì)設(shè)備要求不高，環(huán)境友好，產(chǎn)物分布可控。缺點(diǎn)是酶成本較高，酶的穩(wěn)定性和活性回收率有待提高。2.堿催化酯交換制備生物柴油的原理是利用強(qiáng)堿（如NaOH、KOH）作為催化劑，在較低溫度下（通常<100°C）使植物油或動(dòng)物脂肪中的甘油三酯與短鏈醇（如甲醇）發(fā)生酯交換反應(yīng)，生成相應(yīng)的脂肪酸甲酯（生物柴油）和甘油。堿催化劑反應(yīng)速率快，選擇性高，但缺點(diǎn)是易引起原料皂化，設(shè)備腐蝕性較強(qiáng)，且產(chǎn)生的肥皂會(huì)與產(chǎn)物分層，增加分離難度。3.提高生物乙醇發(fā)酵產(chǎn)率的主要途徑包括：選育和改造高產(chǎn)、抗逆（如抗乙醇脅迫、耐高濃度底物）的酵母菌種；優(yōu)化發(fā)酵工藝參數(shù)（如溫度、pH、通氣量、攪拌速度）；改進(jìn)底物預(yù)處理方式以提高糖得率和可發(fā)酵性；采用分批補(bǔ)料、連續(xù)發(fā)酵等操作方式；添加酶制劑或營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)等。4.微藻生物燃料是指利用微藻作為原料，通過光合作用固定二氧化碳，并積累油脂、乙醇或氫氣等生物燃料前體，再經(jīng)過加工轉(zhuǎn)化獲得的燃料。其潛在優(yōu)勢(shì)包括：不與糧食生產(chǎn)爭(zhēng)地，生長(zhǎng)速度快，油脂含量高，可利用海水或咸水養(yǎng)殖，光合效率高，生物量產(chǎn)量大等。四、論述題1.影響木質(zhì)纖維素生物質(zhì)高效轉(zhuǎn)化為生物燃料的主要瓶頸包括：①木質(zhì)纖維素結(jié)構(gòu)復(fù)雜，纖維素結(jié)晶度高，難以被酶或化學(xué)試劑有效降解；②預(yù)處理過程能耗高、成本高，且可能產(chǎn)生抑制后續(xù)轉(zhuǎn)化過程的副產(chǎn)物；③纖維素和半纖維素分離困難，且分離物難以利用；④酶水解效率有待提高，酶成本高且穩(wěn)定性不足；⑤發(fā)酵過程中存在抑制劑（如酚類化合物、木質(zhì)素降解產(chǎn)物）的影響，且微生物對(duì)底物濃度和抑制物的耐受性有限；⑥甘油等副產(chǎn)物的分離和利用技術(shù)有待完善；⑦整個(gè)過程的能量效率不高?？赡艿慕鉀Q方案包括：開發(fā)高效、低成本、綠色的預(yù)處理技術(shù)（如協(xié)同預(yù)處理、生物預(yù)處理）；篩選和改造高效、抗抑制的酶制劑和微生物菌株；構(gòu)建集成生物化學(xué)與化學(xué)轉(zhuǎn)化過程的生產(chǎn)平臺(tái)；優(yōu)化過程集成與調(diào)控，提高整體效率和經(jīng)濟(jì)性；加強(qiáng)廢棄物資源化利用技術(shù)的研究。2.生物乙醇和生物柴油的異同比較：①資源利用方式：生物乙醇主要利用富含淀粉或糖類的農(nóng)作物（如玉米、sugarcane）作為原料；生物柴油主要利用植物油（如大豆油、菜籽油、棕櫚油）或動(dòng)物脂肪作為原料。②主要制備技術(shù)：生物乙醇制備主要包括原料處理、水解（若是纖維素原料）、發(fā)酵和蒸餾等步驟；生物柴油制備主要包括原料預(yù)處理、酯交換反應(yīng)和分相蒸餾等步驟。③能源密度：生物乙醇的能量密度低于汽油，通常為汽油的2/3左右；生物柴油的能量密度與柴油相當(dāng)或略低，但熱值較高。④環(huán)境影響：兩者燃燒均能減少部分硫氧化物和氮氧化物的排放，生物柴油由于含氧量較高，燃燒更充分，煙塵排放較少；生物乙醇生產(chǎn)過程（尤其是化石燃料投入的發(fā)酵過程）可能存在碳足跡問題，但整個(gè)生命周期碳排放通常低于化石燃料；兩者均被認(rèn)為是相對(duì)環(huán)境友好的生物燃料，但具體影響取決于原料選擇和生產(chǎn)方式。⑤燃油系統(tǒng)適應(yīng)性：生物乙醇易于與汽油混溶，可直接摻入汽油中使用；生物柴油與柴油兼容性較好，可部分替代柴油使用，但可能對(duì)某些柴油發(fā)動(dòng)機(jī)部件有腐蝕性，需進(jìn)行改性或使用特定發(fā)動(dòng)機(jī)。3.發(fā)展生物燃料技術(shù)的意義在于：①有助于緩解化石能源短缺問題，提供可持續(xù)的能源補(bǔ)充；②改善環(huán)境質(zhì)量，減少溫室氣體排放，助力實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)；③促進(jìn)農(nóng)業(yè)和林業(yè)發(fā)展，創(chuàng)造新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)和就業(yè)機(jī)會(huì)；④提高能源自給率，增強(qiáng)國(guó)家能源安全；⑤推動(dòng)生物化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，促進(jìn)相關(guān)技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)升級(jí)。面臨的挑戰(zhàn)包括：①生物燃料生產(chǎn)成本較高，