关键词： Fiber crops   Biomass saccharification   Pretreatments   Cellulose crystallinity   DP of cellulose   Wall polymer features  

摘要： Jute, kenaf, and ramie are important fiber crops in the textile industry, but their core stalks have not been well used. In this study, three fiber crops were examined with enhanced hexoses yields (% cellulose) up to 4.8-, 3.6-, and 1.9-fold from enzymatic hydrolysis of the steam-exploded stalks. Sequential dilute acid/alkali pretreatments achieved the increased hexoses yields up to 7.6-, 4.8-, and 2.8-fold. Without steam explosion, the three crops could increase hexoses yields under extremely high concentrations of NaOH (12% to 16%). While kenaf and ramie mainly showed hemicelluloses removal with steam explosion, jute exhibited an effective co-extraction of hemicelluloses and lignin, which greatly reduced its cellulose DP, hemicellulosic Xyl/Ara, and G-monomer. These findings explain why jute had the highest hexoses yield among the three crops and also suggest that G-monomer and Xyl may interact in a way that mainly determines wall polymers co-extraction with steam explosion.

关键词： Biomass  

ISBN: (数字)9788895608419 ISBN: (纸本)9788895608419

摘要： According to the European Biomass Association, bioenergy represents about 60% of the EU's total consumption of renewables. The EERA Bioenergy, section of the European Energy Research Alliance, indicates that agricultural residues and non-food crops should be used at farm- and village-scales, while low quality biomass and waste could be used for medium- and large-scale power and CHP plants. Among the barriers that hamper the efficient processing of solid fuels in thermal processes, such as combustion and gasification, ash related issues are still challenging for plant operators. These issues include agglomeration in fluidized bed combustion, slag formation, and fouling of convective heat exchangers. Furthermore, advanced characterization methods for solid biomass fuels, especially predictive approaches for ash related issues, are not fully developed. Consequently, the use of unconventional biomass solid fuels is limited because of operating risks. In addition, the availability of the detailed chemical analyses of unconventional fuels is often limited. In this investigation, a validated fuel characterization tool to define the agglomeration - slagging propensity of biomass fuels for their use in thermal processes, is applied to an advanced database of mediterranean (Greece, Italy, Spain) opportunity fuels. The database is built by means of an extensive literature review, including the detailed ash chemical compositions. The input of the tool is the specific fuel ash chemical composition, and the output is the agglomeration - slagging propensity computed as a parameter in the range (0-100). In this work it is shown that a high ash fusion temperature (from the Ash Fusion Test) is a necessary but not sufficient condition to low agglomeration and slagging in combustion applications. Among the fuels analyzed, wood, shrubs and citrus industry agro-residues evidenced a low-to-medium median propensity to agglomerate and slag, contrarily to the high propensity of agro-residues

关键词： 生物量   遥感   植被指数   生物质能   估算  

摘要： 科学准确的估算农作物生物量及生物质能利用潜力是生物质能源开发利用战略的必要前提。随着遥感技术的不断发展,可获取的遥感数据的时间、空间、光谱分辨率都在不断提高,为大时间跨度和大空间尺度的农作物生物量估算提供了有力的数据支撑。本文首先对基于遥感信息的对农作物生物量估算方法的原理和典型应用进行了分析总结,并在此基础上归纳总结出了基于植被指数(Vegetation Index)的小麦生物量估算方法。本文以2015年5月1日和4月25的Landsat8影像数据,以安徽省六安市为例,采用基于植被指数的小麦生物量估算方法,对六安市2015年小麦生物量进行估算,并对其小麦生物质能利用潜力进行估算和分析。首先,对研究区域的影像进行预处理和图像分类处理,通过对非监督分类和监督分类6类常用分类算法分类结果的对比分析,选取分类效果最好的最小距离分类法对六安市进行土地利用监督分类,并对分类结果进行后处理,提取六安市小麦种植区域,并对其提取精度进行分析。然后,将实测小麦生物量数据与对应采样点的差值植被指数(DVI)、归一化绿度指数(NDGI)、归一化差异植被指数(NDVI)、绿色植被指数(RI)和比值植被指数(RVI)进行相关分析,分析结果证明,NDVI与小麦生物量相关性最高,相关系数r达到0.760,其次是RVI,相关系数r为0.655,在此基础上进一步将上述5种植被指数分别实测小麦生物量进行指数、线性、对数、二次多项式、幂函数五种方式的拟合,选取决定系数最高的植被指数和拟合类型建立小麦生物量估算模——基于NDVI的指数估算模型,并将估算结果与基于谷草比的小麦生物量进行对比分析,结果表明,两者误差仅为10.115万吨,误差百分比为6.89%;同时,对六安市各区县小麦生物量空间分析并对其单位小麦生物量密度进行计算,结果表明寿县的生物量及生物量密度都为最高分别为63.79万吨和213.6吨／平方千米。最后,通过对前人研究中小麦可收集系数和折标煤系数进行加权平均得到本文中小麦可收集系数和折标煤系数分别为0.766和0.490,利用上述系数对六安小麦生物质能利用潜力进行估算和分析,结果表明,六安市2015年小麦生物质能利用潜力约55.14万吨标煤,约占2015年六安全年能源消耗总量的13.85%。基于以上研究发现,基于遥感信息的小麦生物量及生物质能估算方法具有一定的有效性和实用性,能够实现一定精度要求下的小麦生物量估算,可以为生物质能源战略提供必要的技术支持。

ISBN: (数字)9787122259769 ISBN: (纸本)7122259769

摘要： 《生物质利用原理技术》全面介绍了生物质能利用原理与技术……

关键词： 生物质能   有机朗肯循环   冷热电三联供   综合评价指标   控制变量法   结构优化  

摘要： 在能源日益短缺,环境渐趋恶化的当代社会,开发新能源或利用可再生能源已经成为缓解这种矛盾的重要方式。作为可再生能源,生物质保有量大,供应稳定,发展生物质能源符合中国乃至世界可持续发展的要求。本文提出一种新型的生物质能驱动的小型有机朗肯循环(organic Rankine cycle,ORC)冷热电三联供(combined cooling heat and power,CCHP)系统(biomass-fuelled CCHP-ORC),并对其进行工质优选和热力学分析以及结构优化,研究内容和结论如下:建立该系统结构模型,给出初始参数:锅炉热负荷为1MW,生物质燃料选择玉米秸秆;通过系统结构模型建立热力学模型,用Matlab编程模拟运行得出一系列性能评价指标。介绍了Biomass-fuelled CCHP-ORC系统有机工质选取原则;改变有机工质蒸发温度,用净输出功、制热量、制冷量、热效率、经济热效率、?效率、CO2排放量和可持续发展指数SI等性能指标对不同工质系统进行评价:净输出功、制热量和热效率等指标较高的是PF5050和HFE7000,制冷量较高的是R141b。此外,提出一种综合评价指标,对所选六个性能参数进行数据标准化处理,利用变异系数法确定各指标权重系数,得出综合评价指标下最优工质是R245fa。选取R245fa为系统工质,将蒸发温度和蒸发器夹点温差作为非独立变量对CCHP-ORC系统性能进行评价,得出蒸发温度在不同夹点温差下对系统各性能指标产生不同的影响,而夹点温差对系统影响较小;运用控制变量法,在夹点温差为5K时,分析单一变量热源温度、蒸发温度和ORC泵入口温度对系统四种运行模式下(纯发电,热电联供CHP,冷电联供CCP,冷热电联供CCHP)各性能参数的影响:热源温度对系统影响较小,蒸发温度为409K时能使大多数指标达到最优,而ORC泵入口温度在不同运行模式下对各指标会产生不同的影响;通过改变蒸发温度和ORC泵入口温度可以实现功冷功热之比的调节。四种运行模式下,各评价指标从大到小依次是CCHP>CCP>CHP>纯发电模式;此外,通过CO2排放量和可持续发展指数SI将系统和环境结合起来,得出系统?损较大的部件是生物质锅炉,可以通过优化生物质锅炉结构来减少系统总?损。通过烟气余热回收、启停辅助阀门和三通阀调整冬夏运行策略三种方式对系统进行结构优化,在热力学第一第二定律和对环境影响三个方面均表明了其相对于未经优化的系统的优异之处。研究分析得出,生物质能驱动的小型有机朗肯循环三联供系统效率较高,灵活可调性强,较适合在医院、写字楼、住宅小区或偏远农村社区使用,有利于开展商业应用。

关键词： 土壤生态保留量   秸秆生态经济总量   经济收集半径   生物质能  

摘要： 【目的】如何在保护生态环境和考虑秸秆资源开发成本的基础上,实现秸秆资源的合理开发,对中国农业生物质能发展规划有着重要的意义。因此,从保护生态环境和开发成本角度,对可新型能源化利用秸秆资源的生态经济总量进行评估,为生物质能产业布局、优先发展区域、优先发展技术以及政策制定提供参考。【方法】采用文献调研法对研究秸秆还田量与水土流失、土壤有机质和农作物单产关系的文献进行梳理,在此基础上提出土壤生态保留量的概念,并归纳出不同农作物的基础土壤生态保留量;根据基准年农作物单产、种植结构和草谷比系数,考虑土壤生态保留量和秸秆用途,对区域秸秆生态总量和资源密度进行计算;对政府政策和相关项目成本进行分析,设计发展情景和项目成本参数,并以项目投资回报率为变量,计算不同回报率下项目的经济收集半径;根据秸秆资源密度和经济收集半径,计算项目的经济收集量,并与项目理论需求量进行比较,整理出不同项目可用秸秆生态经济总量。【结果】中国主要农作物可新型能源化利用秸秆生态总量约8 661.31万t,主要分布在广西、四川、山东和河南,主要由薯类、甘蔗和油菜秸秆构成。当投资回报率(ROI)为0时,现有技术水平和政策下,6 MW、25 MW直燃发电项目,12 MW气化发电项目,年产5 000 t和10 000 t燃料成型项目可用秸秆生态经济总量分别为8 658.24×104、8 655.29×104、8 658.24×104、3 314.69×104和8 661.31×104t。当ROI为5%时,6 MW、25 MW直燃发电项目,12 MW气化发电项目,年产5 000 t和10 000 t燃料成型项目可用秸秆生态经济总量分别为7 943.15×104、8 347.38×104、8 347.38×104、260.45×104和8 661.31×104t。当ROI为10%时,6 MW、25 MW直燃发电项目,12 MW气化发电项目,年产5 000 t和10 000 t燃料成型项目可用秸秆生态经济总量分别为1 853.29×104、7 023.24×104、7 068.07×104、0和8 661.31×104t。在现有技术水平和政策下,不同ROI下纤维素乙醇项目的可用秸秆生态经济总量均为0。【结论】(1)现有政策对发电类项目有显著的激励作用,可适当降低对年产10 000t燃料成型项目的补贴力度,提高发电类项目的补贴力度;(2)在生物质能产业布局方面,现阶段可优先发展年产10 000 t秸秆燃料成型项目,可优先在广西、湖北、广东、安徽、河南等地规划建设12 MW秸秆气化发电项目,其次可考虑在广西、湖北、广东和安徽规划建设25 MW秸秆直燃发电项目,最后可考虑在广西规划建设6 MW秸秆直燃发电项目。

关键词： 模式创新   供应链模式   生物质能   天冠集团  

摘要： 生物能源是一种具有巨大发展空间的新型能源,是适应能源短缺、全球气候变化和环境污染等时代要求而发展起来的一种新型能源。虽然我国的生物质能存储丰富,但目前因能源利用率低,还不足总量的1%,我们亟须针对生物质能供应链中存在的一系列问题构建一种科学的生物质能供应链模式,深入研究破解生物质能产业发展的瓶颈,以实现生物质能产业的可持续发展。本文旨在研究具有代表性的生物质能龙头企业——天冠集团在生物质能发展中存在的问题、成因等,从供应链的角度系统分析生物质能产业发展问题的成因、供应链组织模式形成、治理机制与治理绩效,总结一套能够兼顾供应链组织主体利益、适用不同条件的结构与治理模式,为生物质能企业生产经营活动提供实践指导,具有重要的应用价值。通过研究认为天冠集团目前现有的供应链组织模式有“企业+农户”、“企业+中间商+农户”、“企业+第三方企业+农户”、“企业+基地”等几种形式,但不论哪种供应链模式,天冠集团、中间商、农户这三个参与主体之间都是基于各自权益保障的考虑,都不会尽全力推进供应链的有效发展,所以发展创新供应链模式是必要的。而创新供应链模式发展存在较大困难,受到来自原料、参与主体、地域、利益分配等方面的限制。针对这种情况,我们提出了生物质能产业发展供应链组织模式创新的路径与对策,即发展以“企业+第三方物流公司+农户”模式为主,其他模式相辅,多条供应链并行合作的模式。同时生物质能各主体之间采用按职能划分方式的协调,运用集成化供应管理的思想辅以合同激励机制,促进各主体之间的协同运作,保证供应链的最优化运行。通过对供应链模式创新的研究,既可以增补生物质能供应链的研究成果,也可以丰富供应链管理在经济管理领域中的研究,为供应链的发展提供新的思路,切实解决现有供应链所存在的问题,从而为相关生物质能企业生产经营活动提供实践指导依据。本文的创新之处在于通过分析生物质能龙头企业天冠集团生物质能供应链模式存在的问题,找到生物质能产业供应链模式问题所在,并就相应解决方法进行了深入的探究;并从供应链的视角去分析与解决生物质能产业存在的问题,强调了生物质能产业供应链组织间合作的重要性,希望通过对供应链组织合作模式与运行机制问题的深入研究来破解生物质能产业发展的瓶颈。

关键词： 嗜盐微生物   生物质能   运动发酵单胞菌   解淀粉慢生芽孢杆菌   Tn5转座系统  

摘要： 运动发酵单胞菌(Zymomonas mobilis)因具有突出的代谢能力而成为产燃料乙醇的优良宿主菌之一,但是该菌对纤维素发酵水解液或生物柴油废弃物中产生的盐比较敏感(如NaCl等),在以这些生物质为原料的发酵过程中,菌体生长受到极大抑制,使乙醇产率大幅度下降。为获得耐盐表型改善的运动发酵单胞菌,本研究从嗜盐微生物菌株筛选出发,并尝试将其耐盐功能候选基因应用在运动发酵单胞菌中,以获得耐盐运动发酵单胞菌工程菌株。主要结论如下:(1)从烟台渤海盐泥沉积物,以高浓度NaCl作为筛选压力,并通过一系列多相分类鉴定学方法,分离鉴定1株嗜盐菌Lentibacillus属新种,命名为Lentibacillus amyloliquefaciens,模式菌为LAM0015T。该菌株的16S rDNA序列提交在NCBI,登录号为KJ002449。该模式菌种分别保藏在中国农业微生物菌种保藏中心(ACCC 06401)和日本菌种保藏中心(JCM 19838)。(2)完成了*** LAM0015T的全基因组测序(NCBI登录号为CP013862),其基因组大小3,858,520 bp,G+C含量为42.12%,预测编码基因共2496个,ncRNA基因共169个。经分析发现,含有大量的天冬氨酸、丙氨酸、谷氨酸、甘油、甜菜碱等渗透压平衡相关的编码基因,为进一步揭示嗜盐机制和发掘耐盐等功能基因奠定了坚实基础,同时为其他功能基因的应用提供重要依据。(3)从菌株*** LAM0015T的基因组中分别克隆了甜菜碱和四氢嘧啶合成等耐盐候选基因;同时构建了该菌株的基因组克隆文库,通过盐胁迫筛选,获得了若干潜在耐盐功能基因,例如ABC运输体透性酶蛋白基因、TetR家族转录调控因子基因、青霉素结合蛋白基因等,经验证这些基因对宿主大肠杆菌的耐盐表型有一定程度的改善。(4)基于Tn5转座系统构建*** ZM4的随机突变文库,筛选获得1株耐盐表型改善的突变菌株,命名为*** ZMT2(保藏号CGMCC No.11888)。通过染色体步移的方法,确定突变株中转座子插入位点在ZMO1122(himA)中。目前没有ZMO1122与盐耐受性相关的报道,为进一步验证该基因与盐耐受性的关系,利用基因敲除技术将野生型菌株的该基因敲除,获得敲除菌株***Δ1122。(5)发酵评估数据表明:突变菌株ZMT2在盐胁迫情况下具有较高的乙醇产率、较高的生长速率及较快的葡萄糖利用速率。低盐(小于1.5%NaCl)培养时,突变株与野生株生长无明显差异。低糖1.5%NaCl胁迫发酵10 h,ZMT2几乎将葡萄糖全部利用,而Δ1122和ZM4分别只利用了总葡萄糖的67.15%和69.70%,20 h后才利用完;高糖1.5%NaCl发酵40 h,ZMT2和Δ1122的OD600分别是ZM4的1.62倍和1.74倍,葡萄糖的利用分别是ZM4的1.46倍和1.54倍,乙醇产量是ZM4的2.21倍和2.35倍。含2%NaCl低糖培养18 h时,ZMT2和Δ1122的OD600分别是ZM4的1.15倍和1.13倍,而高糖培养26 h时,分别是ZM4的1.17倍和1.13倍。(6)实时荧光定量PCR结果显示:ZMO1122在ZMT2和Δ1122中无论有无盐胁迫下均无相对表达,表明该基因已被敲除,ZM4在低糖1.5%NaCl培养下的ZMO1122(3.18±0.88)的相对表达量是0%(0.56±0.17),1%(0.55±0.39)和2%(0.54±0.28)的约6倍。在一定盐浓度范围内,pdc的相对表达量变化随盐浓度的增加而降低,adhB的相对表达量的变化随盐浓度的增加而升高。PDC和ADHB蛋白酶活的变化趋势与相应基因的变化趋势一致。NADH/NAD+检测结果表明,较低的比值有助于适应盐胁迫,而在无盐胁迫时,较高的比值可能与突变株中平衡himA基因功能缺失有关。

关键词： 生物质能   固化成型   热解   生物质炭   二氧化碳减排  

摘要： 生物质能作为一种清洁、高效、可再生的新能源,同时也是唯一可再生碳源引起了世界的广泛关注。生物质固化成型技术和热解技术是对生物质资源进行开发和利用的一种简洁而高效的途径。生物质炭是热解过程的主要固体产物,是一种含碳量较高的物质,具有广泛用途,并且在一定条件下,生物质炭可与CO2发生反应,达到减少CO2的目的。本文以松木屑为原料,围绕其成型特性、成型生物质热解成炭特性及生物质在CO2气氛下的热解特性进行相关的基础研究。基于成型和热解制炭考虑,原料应选择灰分含量低、木质素含量高的生物质,因为本文选取送木屑作为原料。通过对生物质成型特性的研究发现,成型生物质和原始粉体生物质的组成成分以及热值均无明显变化,即生物质成型过程是一个物理过程。热成型生物质的成型密度普遍高于常温成型(冷成型)。成型生物质的密度与成型温度、成型压力、生物质粒度和压模形状均有直接关系。其次,在不同热解参数下,对成型生物质炭各项特性进行了研究。研究得到：热解参数决定了生物质炭的各项特性,当热解终温由400℃逐渐升至700℃时,生物质炭的热值、固定碳、灰分、碳含量、孔隙结构发达程度、聚合度和石墨化程度都有所提高,但其产率、挥发分、氢和氧含量都有不同程度下降;在热解终温较低(400℃)时,随着升温速率的升高,生物质炭产量有逐渐上升的趋势,但当热解温度升高时(500℃-700℃),生物质炭产量随升温速率升高而显著下降;对比成型生物质炭和粉体生物质炭可得,成型炭具有较高的炭产率、灰分、石墨化程度以及更有序的孔隙结构,但热值稍低。通过研究成型生物质热解成炭动力学可知,随着升温速率的升高,热解反应会出现程度不同的热滞后现象。经计算和比较不同的热解机理函数,Ginstling-Brounshtein方程具有较好的拟合度,较为符合本文成型生物质的热解过程,经计算,成型生物质热解的活化能约为103～107kJ/mol。通过研究在CO2气氛下成型生物质在不同热解温度下的热解特性发现,终温为800℃的热解过程对于CO2的转化有较为明显的效果,,热解温度低于800℃时效果不明显。通过对比不同热解气氛,CO2气氛可促进生物质脱挥发反应的提前进行,其中CO2、CO和CH4的析出峰值均有提前;CO2气氛还抑制了CH4的热裂解产量,从而抑制了H2的产量。在800℃制备的成型生物质炭的炭质化程度较高,挥发分含量较低,具有较高的热值且仅含有极少量的氮和硫元素,具备替代煤炭等固体化石燃料的潜力;成型生物质炭的抗压强度较好,具备成为冶金行业还原剂的潜力。

关键词： 生物质能源产业   合同能源管理   融资问题  

摘要： 能源是人类赖以生存不可或缺的物质基础,也是社会经济得以发展、技术得以进步的根本动力。近几年来,随着世界经济的飞速发展,传统能源的消耗量逐渐增大,造成世界生态环境不断恶化,人类的可持续发展受到严重威胁。我国作为一个传统的能源大国,也面临着严峻的能源危机。生物质能是一种新兴的清洁能源,具有可再生、分布广泛、燃料丰富、低CO2排放以及使用多样性等特点,发展潜力巨大,受到世界许多国家的青睐。我国的生物质能源产业虽然起步较晚,生产技术尚不成熟,但生产能力旺盛,市场需求大,发展潜力巨大。研究我国生物质能产业发展中的问题,对促进我国生物质能产业发展具有重要现实意义。本文以我国生物质能源产业为研究对象,研究了我国生物质能源产业发展中的融资问题。通过对生物质能源产业的发展背景及研究现状进行综述,利用产业经济学、产业组织理论以及投资经济学的相关理论知识对我国生物质能源产业的发展现状及发展中面临的融资问题进行分析,得出我国生物质能产业投资效率不高、融资主体不明、融资经济效益差、产业发展外部动力不足等问题。针对这些问题,本文提出合同能源管理融资模式,从资金来源、合同能源管理的优势及国家政策支持等方面进行了可行性分析。本文重点研究了合同能源管理生物质能产业融资模型,从两方面进行合同能源管理模型设计:一方面通过分析影响合同期限的时间参数和经济参数,设计出合同期限模型;另一方面提出基于博弈模型的效益分享方式,采用鲁宾斯坦博弈方法确定生物质能企业和ESCO的效益分配额。通过对模型的设计,以解决生物质能产业发展中的融资问题,吸引社会资本投入到生物质能产业发展中,促进我国生物质能产业的发展。最后本文提出了促进合同能源发展生物质能产业的建议,对促进生物质能源产业的进一步发展有一定的现实指导意义。