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【摘 要】伴随着传统非可再生资源的日益减少,已经对社会环境造成的诸多不良影响,很多国家都开始将研究的重点放在了新型能源的开发中,新能源以其无污染、高效能的作为也得到了社会上的广泛认可.本文则主要就生物工程在新型能源中的应用进行了分析,不仅有利于人们加深对生物工程的认识,而且对人类的能源探索研究也具有一定的促进作用.
【关 键 词】生物工程；新型能源；应用；研究
l 生物工程与新型能源的概念分析
生物工程专业是在上世纪70年代才兴起的一门集综合性和应用性为一体的新兴学科,这为生物工程学科的发展奠定了基础.随后的90年代生物工程学科的发展呈现出了系统性的发展趋势.而现代生物技术则主要是指对生物体的个体、细胞、分子等一系列的元素通过现代的技术科技手段按照一定的目的进行设计与操作,使之达到设计的目的和要求.这其中既包括基因工程、细胞工程,也包括发酵工程等一些高科技的手段.在这里值得的提出的是基因工程,随着社会生产的不断发展,基因工程在社会中的作用也得到了广泛的运用,成为了科学研究的一个重要组成部分.
而新型能源则主要是指通过新技术开发出来的一种可再生能源.主要包括我们现在已经广泛运用的太阳能、水能等,此外,甲醇、酒精等也从属于新能源的范畴.近年来,随着传统的非可再生资源的日益锐减,以及这些资源在使用过程中对我们的生活环境所造成的破坏,世界各国都已经开始将研究的重点放在了新能源的开发商,目前,使用新能源已经成为了未来社会发展的一种主流趋势.
2 开发新型能源的重要性以及生物工程在新型能源中的地位
一般而言,诸如煤炭、石油等一些非可再生的资源随着开采的不断深入,其总量也已经呈现出了日益锐减的趋势.这一现状也在一定程度上使燃料的成本不断攀升,从长远的角度来看,这一问题迟早会影响到社会的正常有序发展,但是从某种意义上讲,当前社会中对石油、煤炭等一些非可再生资源的依赖性又是有目共睹的.此外,前面也已经提到了,这些传统非可再生资源的使用也给我们生存的环境造成了一定的破坏,其突出的特点便是导致全球气候逐渐变暖.因此,从这一角度上讲,尽快开发出一种可以替代石油、煤炭的能源形式也已经成为了迫在眉睫的一个问题.
从多年的实验室经验可以发现,从一些牧草、农业废物以及其他非食品植物的纤维素中提取出的液态燃料,是最能替代石油的一种能源形式.就当前而言,乙醇依然是最经常用到的一种生物燃料.但是这一燃料的适用范围却仅仅局限在汽油发动机中,尚无法满足航空用油和柴油机用油的需求.此外,如果大量使用乙醇的话,还会对油罐、输油管道造成一定的侵蚀性.为了能够更好的解决上述问题,就必须要加大对新型的高级燃料的研究与开发.事实上,从目前的研究中许多专家也已经注意到,通过对酵母菌和大肠杆菌的基因进行变革后,再经过一系列的实验便能够制造出没药烷.这种能源具有替代高级能源的潜质.通过这一案例也充分说明了生物工程将对新型能源的开发和利用起到关键的作用.
3 生物工程在新型能源中的发展前景分析
3.1 氢能
整体而言,由氢、甲烷等元素设计而成的燃料电池在使用的过程中会直接和大气中的氧气发生反应,从而达到产生电能的目的.这一能源的突出特点是转化率高、污染少.事实上,这也是当前使用最为普遍的一种能源利用方式.而就传统的采集氢气的方法而言主要有太阳能制氢、水电揭发制氢和天然气或者工业尾气分离制氢.根据目前收集到的最新数据显示,接近百分之九十以上的制氢工业都在使用天然气等一些天然碳氢化合物分离的方法提取氢的方式.这种制氢的方法不仅会消耗大量的矿物资源,而且也不能从根本上解决资源匮乏的问题.而当前所广泛运用的利用秸秆等生物质来制造氢气的方法则是比较具有发展前景的方式.不仅不会造成矿物质的浪费,更为重要的一点是环保.到目前为止,在生物制氢的过程中主要用到的微生物有微型绿藻、细菌、光合菌等.其中蓝细菌是当前研究最多的.事实上,这一微生物也有自身的弊端,那就是该微生物在释放出氢的同时,伴随氧的释放,氢酶易失活.光合细菌可利用光合作用将太阳能转化从氢能,这个从理论上是最理想的制氢途径.
3.2 以二氧化碳废气为原料开发新能源
二氧化碳是造成温室效应等环境问题的主要原因.所谓温室效应,是指由于地球表面气温升高的现象.工业发展过程中燃烧太多的石油、煤炭和天然气,这过程中释放出来的大量二氧化碳进入大气,而二氧化碳又有吸热和隔热的功能,这就像是在大气中形成了一层玻璃罩,使得地球表面的热量不能回到外层空间,所以地球表面的温度就上升了.从另外一个角度来讲,二氧化碳 又是一种化工原料.我们可以采用生物方法通过化学反映将其变成能源.现在较普遍的方式是这样的；利用藻类植物,特别是单细胞藻类（无论是真核或原核）,在光照条件下它们可以进行光合作用将二氧化碳吸收,同时将太阳能储存起来,这样藻类植物就成了一个巨大的能量库.
3.3 微生物发酵备制酒精
乙醇是又一种无污染的清洁能源,也是一种重要的再生能源.它有着无污染、效率高、燃烧完全的特点.现在可以用到的就是用乙醇稀释汽油,从而代替铅汽油,这样功效提高了15％左右,同时这样还较少了污染.现在常用的制取乙醇方法有两种,一是用废弃农业秸秆生产乙醇,二是用绿藻生产.在我国,有大量的废弃农作物秸秆,我们有能力也有技术将其转化成能源.同时这样的成本也低于使用粮食发酵乙醇.使用绿藻备制乙醇,也是很有潜力的.在光照条件下,它将二氧化碳转化为淀粉贮藏,在无光活弱光条件下将淀粉转化为乙醇.这样既不会造成环境污染,又能够吸收造成温室效应的二氧化碳.
4 结束语
随着石油、煤炭、天然气等不可再生资源的迅速减少,能源问题已经成了社会发展的一道坎.能否找到可以代替石油等常规能源的新型能源已经成为我们人类社会继续发展的关键.随着生物技术的不断发展,木聚糖酶、纤维素酶等关键酶有了极大突破,这标志着我们通过纤维素发酵备制酒精的目标将要实现了.我国可以以丰富的动物油脂、植物油脂资源为依托,大力发展生物技术备制新能源.还有饭店产生的煎炸油,也是一种丰富的原料,还可以解决地沟油的问题.生物工程应用到新能源开发技术已经有了一个清晰的思路,但是如果要投入到工业化大规模生产,还是有一个关键性问题亟待解决.