上海交通大学通识教育立项核心课程 课程名称：生物技术与人类课程号：BI906 班级号：F1108201 姓名： 刘凯 学号： 5110829016专业：生物医学工程学院 课程小论文 题目编号 8 得分 序号 选题 1 生物技术的由来与发展 2 基因工程与农业革命 3 “黄金水稻”所引发的故事 4 “绿色革命”与农业基因工程 5 转基因食品安全吗？ 6 舌尖上的生物技术 7 功能食品与生物技术 8 新能源的希望生物柴油 9 化解能源危机的微生物 10 “白色革命”与生物技术 11 改变环境的基因科学 12 “红色革命”与基因工程 13 非典型战争一生物战与基因武器 14 抗生素与耐药菌 15 转基因的影响 16 基因的伦理 17 试管婴儿的是与非 18 转基因与生物多样性 19 人类基因与专利 20 自选题目（限在粮食或视频、能源或人类健康领域）
上海交通大学通识教育立项核心课程 课程名称： 生物技术与人类 课程号： BI906 班级号： F1108201 姓名： 刘凯 学号： 5110829016 专业： 生物医学工程学院 课程小论文 题目编号 8 得分 序号 选题 1 生物技术的由来与发展 2 基因工程与农业革命 3 “黄金水稻”所引发的故事 4 “绿色革命”与农业基因工程 5 转基因食品安全吗？ 6 舌尖上的生物技术 7 功能食品与生物技术 8 新能源的希望-生物柴油 9 化解能源危机的微生物 10 “白色革命”与生物技术 11 改变环境的基因科学 12 “红色革命”与基因工程 13 非典型战争—生物战与基因武器 14 抗生素与耐药菌 15 转基因的影响 16 基因的伦理 17 试管婴儿的是与非 18 转基因与生物多样性 19 人类基因与专利 20 自选题目（限在粮食或视频、能源或人类健康领域）
新能源的希望-生物柴油 刘凯5110829016 (上海交通大学生物医学工程学院，上海.200240) 摘要：本文就目前生物柴油技术的发展情况、几种制备生物柴油的方法，以 及生物柴油在实际应用中的优势、制备生物柴油中废料的处理等几方面进行简单 的介绍。 关键词：生物柴油、提取、酯化合成、微藻 1引言(Introduction) 柴油作为一种不可再生的石油炼制产品，在各国燃料结构中占有很大份额。 但随着经济的快速发展，各国对石油产品的需求越来越大，供应形势日趋严峻， 能源危机已迫在眉睫。为了缓解能源危机和减少使用石化燃料给环境造成的严重 污染，世界各国都在积极发展替代石化柴油的绿色能源。其中，生物柴油以其清 洁和可再生性受到越来越多的关注，它是以可再生的生物材料为原料，与短链醇 (甲醇、乙醇)经过转酯反应获得的含氧清洁燃料，其化学成分是长链脂肪酸单一 烷基酯。它可以被生物降解，是一种无毒、无硫、不含芳香族物质的燃料，是优 质石化柴油的理想替代燃料。 目前，生物柴油的发展已经历了第一代生物柴油和第二代生物柴油的发展历 程。以动植物油脂为原料经酯交换法得到的第一代生物柴油其热值低，生产过程 中易工业废水，且受原料自身局限性因素的影响，使更多的研究者将目光转向基 于催化加氢技术得到的第二代生物柴油。第二代生物柴油是经过加氢脱氧、异构 化等反应得到柴油组分的异构烷烃，其具有较低的黏度、密度及浊点，具有较高 的十六烷值和单位热值。但第二代生物柴油的一些关键技术还有待突破，原料自 身局限性也进一步影响其发展。而为了克服第一代第二代生物柴油的不足，在科 研人员的不懈努力下，以微藻生物柴油为代表的的新型生物柴油应运而生[山。 2新型生物柴油(New Type of Biodiesel). 2.1微藻生物柴油(Microalgae Biodiesel).② 2.l.1发展优势(Developing Advantages). 微藻油脂含量高，生长快，是制备生物柴油的较好藻类，发展微藻生物柴油
新能源的希望-生物柴油 刘凯 5110829016 （上海交通大学生物医学工程学院，上海.200240） 摘要：本文就目前生物柴油技术的发展情况、几种制备生物柴油的方法，以 及生物柴油在实际应用中的优势、制备生物柴油中废料的处理等几方面进行简单 的介绍。 关键词：生物柴油、提取、酯化合成、微藻 1 引言（Introduction） 柴油作为一种不可再生的石油炼制产品，在各国燃料结构中占有很大份额。 但随着经济的快速发展，各国对石油产品的需求越来越大，供应形势日趋严峻， 能源危机已迫在眉睫。为了缓解能源危机和减少使用石化燃料给环境造成的严重 污染，世界各国都在积极发展替代石化柴油的绿色能源。其中，生物柴油以其清 洁和可再生性受到越来越多的关注，它是以可再生的生物材料为原料，与短链醇 (甲醇、乙醇)经过转酯反应获得的含氧清洁燃料，其化学成分是长链脂肪酸单一 烷基酯。它可以被生物降解，是一种无毒、无硫、不含芳香族物质的燃料，是优 质石化柴油的理想替代燃料。 目前，生物柴油的发展已经历了第一代生物柴油和第二代生物柴油的发展历 程。以动植物油脂为原料经酯交换法得到的第一代生物柴油其热值低，生产过程 中易工业废水，且受原料自身局限性因素的影响，使更多的研究者将目光转向基 于催化加氢技术得到的第二代生物柴油。第二代生物柴油是经过加氢脱氧、异构 化等反应得到柴油组分的异构烷烃，其具有较低的黏度、密度及浊点，具有较高 的十六烷值和单位热值。但第二代生物柴油的一些关键技术还有待突破，原料自 身局限性也进一步影响其发展。而为了克服第一代第二代生物柴油的不足，在科 研人员的不懈努力下，以微藻生物柴油为代表的的新型生物柴油应运而生 [1]。 2 新型生物柴油（New Type of Biodiesel） 2.1 微藻生物柴油（Microalgae Biodiesel）[2] 2.1.1 发展优势（Developing Advantages） 微藻油脂含量高，生长快，是制备生物柴油的较好藻类，发展微藻生物柴油
具有以下诸多优势： (1)微藻生物光合效率高，油脂富含量高。野生微藻的含油量一般在20%~50%， 通过生物工程技术，更是可以使其含油量达到微藻本身千重的80%以上。 (2)微藻生物生长速率快，周期短，单位面积油脂产量高。微藻自身生物量加 倍时间大约在24h左右，而在指数生长期，自身生物量加倍时间能缩短到3.5h: 全年生长，不受季节限制，2~5d可完成一个生长周期：而且微藻的单位亩产量是 产量最高油料作物的7~31倍 (3)微藻生物环境适应能力强，具有良好的环保性能。微藻能在光照和潮湿的 环境中生长，有些甚至在盐碱和极端条件下也能生长，能够净化工业废水，并且 具有良好的固碳作用。 (4)微藻培养占地面积小，生长空问广泛。微藻可以在非耕地的地方种植（沼 泽地、湖泊、旱地、半干旱地等)，与油料作物相比，占用耕地少或不占用，不会 出现与人争粮、与粮争地的情况。 (⑤)光白养过程中，微藻可充分利用废水中的N、P等营养物质，既能降低水 体的富营养化，又能降低微藻生物的培养成本。 (6)后处理加工条件较低。个体小、木质素含量低，易粉碎千燥。 ()残留生物质可生产高价值产品。微藻富含丰富的生物活性物质，是制取高 价值产品的潜在资源。并且，可以利用微藻中富含的各类营养素生产保健产品， 更是大大降低了生物柴油的成本。 (8)微藻生物柴油不仅克服动植物油脂原料的局限性，而且作为柴油的替代燃 料几乎不含硫，具有优异的润滑性能和燃烧效率，可以有效地减少燃料系统的磨 损，增加发动机燃料喷射系统的寿命；其闪，点比普通汽油和石化柴油的都要高， 安全性更好；且其比柴油减少了大约47%的排放颗粒物，排放特性优于普通柴油。 由此可见，微藻制油无论是在经济上还是环境上抑或是社会效益上，都具有 极大的价值。 2.l.2制取生物柴油的技术路线(The Way to Produce Microalgae Biodiesel) 利用微藻制备生物柴油技术涵盖多个关键环节，是一个复杂的系统工程，也 是一个多学科技术的综合利用（详细流程参见图1）
具有以下诸多优势： (1)微藻生物光合效率高，油脂富含量高。野生微藻的含油量一般在 20%~50%， 通过生物工程技术，更是可以使其含油量达到微藻本身干重的 80%以上。 (2)微藻生物生长速率快，周期短，单位面积油脂产量高。微藻自身生物量加 倍时间大约在 24h 左右，而在指数生长期，自身生物量加倍时间能缩短到 3.5h； 全年生长，不受季节限制，2~5d 可完成一个生长周期；而且微藻的单位亩产量是 产量最高油料作物的 7~31 倍 (3)微藻生物环境适应能力强，具有良好的环保性能。微藻能在光照和潮湿的 环境中生长，有些甚至在盐碱和极端条件下也能生长，能够净化工业废水，并且 具有良好的固碳作用。 (4)微藻培养占地面积小，生长空问广泛。微藻可以在非耕地的地方种植（沼 泽地、湖泊、旱地、半干旱地等），与油料作物相比，占用耕地少或不占用，不会 出现与人争粮、与粮争地的情况。 (5)光白养过程中，微藻可充分利用废水中的 N、P 等营养物质，既能降低水 体的富营养化，又能降低微藻生物的培养成本。 (6)后处理加工条件较低。个体小、木质素含量低，易粉碎干燥。 (7)残留生物质可生产高价值产品。微藻富含丰富的生物活性物质，是制取高 价值产品的潜在资源。并且，可以利用微藻中富含的各类营养素生产保健产品， 更是大大降低了生物柴油的成本。 (8)微藻生物柴油不仅克服动植物油脂原料的局限性，而且作为柴油的替代燃 料几乎不含硫，具有优异的润滑性能和燃烧效率，可以有效地减少燃料系统的磨 损，增加发动机燃料喷射系统的寿命；其闪点比普通汽油和石化柴油的都要高， 安全性更好；且其比柴油减少了大约 47%的排放颗粒物，排放特性优于普通柴油。 由此可见，微藻制油无论是在经济上还是环境上抑或是社会效益上，都具有 极大的价值。 2.1.2 制取生物柴油的技术路线（The Way to Produce Microalgae Biodiesel） 利用微藻制备生物柴油技术涵盖多个关键环节，是一个复杂的系统工程，也 是一个多学科技术的综合利用（详细流程参见图 1）
微藻的筛选和选育优良 阳光 微藻大规模培养 N、P营养物质 C01 水 水 发电 电力 微藻生物质采收 沼气 直接利用 水 微藻油脂提取 留生 质 →肥料、土壤改料剂 制备微藻生物柴油 微藻生物柴油 图1微藻制取生物柴油技术路线图 2.2餐厨垃圾提取生物柴油(The Technology of Biodiesel Produced with Food Residue) 2.2.1发展优势(Developing Advantages). 利用餐厨垃圾来提取生物柴油的好处是显而易见的。他的优势主要有如下几 个方面： (1)原材料来源广泛，便于取材。作为生活垃圾中的重头戏，餐厨垃圾可谓 是伴随着每个家庭、集体的日常生活的，提取生物柴油的原材料，可以用随处可 见一词来形容。 (2)遵循可持续发展原则。这种技术的推广，能够变废为宝，实现餐厨垃圾 的二次利用，在减少环境压力的同时，更是节约了原有的各种资源，可谓一举多 得。 (3)具有良好的环境效益。由于这种技术是采用垃圾来生产生物柴油，大大 减少了餐厨垃圾的排放量，对于环境的保护有着非常大的意义。 (4)对人们的饮食健康有着极大的好处。由于这种提取生物柴油的手段是在 与“地沟油”争原料，必然引起的就是“地沟油”产量的下降，减少了“地沟油
图 1 微藻制取生物柴油技术路线图 2.2 餐厨垃圾提取生物柴油（The Technology of Biodiesel Produced with Food Residue） 2.2.1 发展优势（Developing Advantages） 利用餐厨垃圾来提取生物柴油的好处是显而易见的。他的优势主要有如下几 个方面： （1）原材料来源广泛，便于取材。作为生活垃圾中的重头戏，餐厨垃圾可谓 是伴随着每个家庭、集体的日常生活的，提取生物柴油的原材料，可以用随处可 见一词来形容。 （2）遵循可持续发展原则。这种技术的推广，能够变废为宝，实现餐厨垃圾 的二次利用，在减少环境压力的同时，更是节约了原有的各种资源，可谓一举多 得。 （3）具有良好的环境效益。由于这种技术是采用垃圾来生产生物柴油，大大 减少了餐厨垃圾的排放量，对于环境的保护有着非常大的意义。 （4）对人们的饮食健康有着极大的好处。由于这种提取生物柴油的手段是在 与“地沟油”争原料，必然引起的就是“地沟油”产量的下降，减少了“地沟油
对广大群众的毒害，为保护人类健康，维护饮食安全也有着积极的意义。 2.2.2生物柴油制备工艺流程] 这种生物柴油的制备由于采用了餐厨垃圾作为原料，所以，比起普通的植物 提取多了一步预处理的过程。 (1)预处理： 预处理工序的目的主要是为了去除餐饮油脂中的水、颗粒物、水溶性盐、胶 质物等杂质。预处理系统采用洁净水在水洗锅内进行水洗操作，经水洗后的餐饮 油脂经加热后送入真空千燥器千燥脱水，便可获得较好的粗油脂。经预处理后粗 油脂品质可达到如下指标：机械杂质≤0.15%，含水率≤0.1%，总磷脂≤0.005%。 预处理的消耗指标见表1。 名称 规格 消耗指标 洁净水 0.4MPa 0.200.25t/t 蒸汽 0.8MPa 110kg/t 电 3.8kW·h/t 污水 0.15-0.20t/t 表1生物柴油制备预处理消耗指标 (2)酸碱催化酯交换反应 经水洗、真空干燥后的粗油脂，送至酸碱酯交换反应操作单元。粗油脂在硫 酸、烧碱的催化条件下与甲醇进行酯交换反应，生成脂肪酸甲酯一粗甲酯。酯 化反应后的粗甲酯通过水洗将其中的酸碱液去除，以提高生物柴油的产品质量， 最后粗甲酯经甲酯蒸馏塔负压闪蒸后即可获得生物柴油产品。酯交换反应参数： 醇油比=7~8，采用NaOH催化剂，反应时间为180min,含水率0。 工艺流程见图2
对广大群众的毒害，为保护人类健康，维护饮食安全也有着积极的意义。 2.2.2 生物柴油制备工艺流程[3] 这种生物柴油的制备由于采用了餐厨垃圾作为原料，所以，比起普通的植物 提取多了一步预处理的过程。 （1）预处理： 预处理工序的目的主要是为了去除餐饮油脂中的水、颗粒物、水溶性盐、胶 质物等杂质。预处理系统采用洁净水在水洗锅内进行水洗操作，经水洗后的餐饮 油脂经加热后送入真空干燥器干燥脱水，便可获得较好的粗油脂。经预处理后粗 油脂品质可达到如下指标：机械杂质≤0．15％，含水率≤O．1％，总磷脂≤0．005％。 预处理的消耗指标见表 1。 名称 规格 消耗指标 洁净水 0.4MPa 0.20~0.25t/t 蒸汽 0.8MPa 110kg/t 电 3.8kW·h/t 污水 0.15~0.20t/t 表 1 生物柴油制备预处理消耗指标 （2）酸碱催化酯交换反应 经水洗、真空干燥后的粗油脂，送至酸碱酯交换反应操作单元。粗油脂在硫 酸、烧碱的催化条件下与甲醇进行酯交换反应，生成脂肪酸甲酯——粗甲酯。酯 化反应后的粗甲酯通过水洗将其中的酸碱液去除，以提高生物柴油的产品质量， 最后粗甲酯经甲酯蒸馏塔负压闪蒸后即可获得生物柴油产品。酯交换反应参数： 醇油比=7～8，采用 NaOH 催化剂，反应时间为 180min，含水率 0。 工艺流程见图 2