【正文】 M3，一批科研院所和大專院校如中科院成都生物研究所、農(nóng)業(yè)部沼氣科學(xué)研究所和中國農(nóng)業(yè)大學(xué) 等都長期從事這一領(lǐng)域研究工作，在產(chǎn)甲烷菌群分離與鑒定、發(fā)酵工藝及產(chǎn)氣調(diào)控、發(fā)酵過程種群動態(tài)變化監(jiān)測、干發(fā)酵技術(shù)、大中型沼氣工程等方面都取得了良好進展 。 11 長鏈醇生物燃料 近年來，針對丁醇作為生物燃料對成本降低的特殊 要求，中科院微生物所和上海植物生理研究所等單位，在國家 973 項目和中科院知識創(chuàng)新工程項目的支持下，開展了丙丁梭菌的遺傳改造工作，獲得了能夠耐受約 20 g/L丁醇濃度且溶劑合成能力提高的突變株，通過基因組重測、比較基因組學(xué)和比較蛋白質(zhì)組分析，解析了與溶劑耐受、丁醇生物合成相關(guān)的重要分子基礎(chǔ)和脅迫耐受性機制，構(gòu)建了數(shù)株性能優(yōu)化的基因工程菌，其中丙酮途徑缺失的突變株，發(fā)酵總?cè)軇┲卸〈急壤岣?1520%，對葡萄糖的收率達到 40%。 12 （二）發(fā)展趨勢 纖維素乙醇研發(fā)投入增加，技術(shù)開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化進程加快 隨著淀粉質(zhì)原料燃料乙醇的快速發(fā)展，玉米等糧食類原料大量消耗拉動其價格快速上漲，不僅直接影響燃料乙醇生產(chǎn)成本和原料的供給，而且潛在影響人類糧食安全，發(fā)展“非糧”燃料乙醇已成為世界各國的共同選擇。世界上幾大酶制劑公司包括丹麥的諾維信（ Novozyme）、美國的杰能科（ Genencor）、荷蘭的帝斯曼（ DSM） 及研發(fā)機構(gòu)如美國政府能源部可再生能源國家實驗室（ National Renewable Energy Laboratory, NREL）等 均在纖維素酶技術(shù)開發(fā)方面投入巨大，目標(biāo)是依托現(xiàn)代生物技術(shù)進展提供的先進方法和手段提高纖維素酶的效率和發(fā)酵水平，將纖維素乙醇生產(chǎn)中纖維素酶的成本從目前的每加侖約 30 美 分降低到 10 美分以下。目前，世界范圍內(nèi)正在廣泛開展微藻低成本培養(yǎng)及微藻油脂生產(chǎn)生物柴油技術(shù)的研究 ，在美國政府能源部 20xx年支持生物能源專項經(jīng)費中，微藻生物燃料得到大力支持。 20xx 年 BP 又與美國杜邦（ DuPont）合作建立了一個新的公司 Butamax Advanced Biofuels，專門致力于丁醇技術(shù)開發(fā)。我國農(nóng)村沼氣技術(shù)占據(jù)國際領(lǐng)先地位， 20xx 年戶用沼氣已經(jīng)達到了 120 億 M3，規(guī)劃到 2020年我 國工業(yè)沼氣將發(fā)展到 140 億 M3，沼氣將從邊遠(yuǎn)農(nóng)村進入城鎮(zhèn)，沼氣的應(yīng)用也從過去戶用燃料向車用燃?xì)夂凸I(yè)燃料和原料發(fā)展。 然而，木質(zhì)纖維素類生物質(zhì)資源在自然進化過程中形成的對降解的強抗性，使生物能源產(chǎn)品的生產(chǎn)成本還很高，難以與石油基產(chǎn)品相競爭，但是現(xiàn)代生物技術(shù)的發(fā)展，特別是各種組學(xué)技術(shù)，已經(jīng)為解析這一問題的機理，開發(fā)相應(yīng)的策略，提供了先進的方法和手段。 開發(fā)甜高粱莖稈和 菊芋塊莖為原料的 ，其生產(chǎn)成本與淀粉質(zhì)原料可競爭，實現(xiàn)燃料乙醇生產(chǎn)原料的多元化。 提高生物燃?xì)馍a(chǎn)效率和裝置運行技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)，使 其由傳統(tǒng)的農(nóng)村戶用向城鎮(zhèn)集中供氣、車用燃?xì)夂凸I(yè)熱電聯(lián)產(chǎn)轉(zhuǎn)變。 研究內(nèi)容： 酶分子改造 采用分子進化等酶分子改造方法，改造淀粉酶和糖化酶，提高酶解效率和工藝性能等。 相關(guān)工作基礎(chǔ)及優(yōu)勢團隊： 廣西科學(xué)院建有國家地方特色能源工程技術(shù)研究 中心，國家非糧生物質(zhì)能源工程技術(shù)研究中心，生物能源酶解技術(shù)國家重點實驗室等多個國家級研究平臺，是我國生物質(zhì)能源研究與開發(fā)的主要研究機構(gòu)之一，已承擔(dān)并完成了多項國家和省部級重大研究項目，在高溫淀粉酶分子改造方面取得良好進展，已克隆改造出活力比目前商品酶高數(shù)倍的α 淀粉酶，篩選和構(gòu)建了適合以廢糖蜜或淀粉和蔗汁混合液為原料進行濃醪發(fā)酵的新型酵母菌株。 課題 2：一步法生物加工 代燃料乙醇關(guān)鍵技術(shù)及示范 以甜高粱莖稈和菊芋塊莖為原料生產(chǎn)燃料乙醇，解決一步法生物加 工（ CBP）的 關(guān)鍵技術(shù)和工程放大問題。 技術(shù)集成及工程放大 針對物料特殊性，開發(fā)甜高粱莖稈固體發(fā)酵反應(yīng)器和菊芋塊莖液體深層發(fā)酵反應(yīng)器的工程放大技術(shù)。大連理工大學(xué)自 20xx 年開始開展鹽堿地種植收獲的菊芋塊莖原料生產(chǎn)乙醇的研究工作，與復(fù)旦大學(xué)等合作，選育了具有菊粉酶生產(chǎn)能力且乙醇 發(fā)酵性能優(yōu)良的克魯維酵母，開發(fā)了集產(chǎn)酶、糖化和發(fā)酵于一體的創(chuàng)新技術(shù)， 20xx 年與 大慶九環(huán)菊芋生物產(chǎn)業(yè)有限公司合作，依托當(dāng)?shù)佧}堿地資源，開展菊芋規(guī)模化種植及加工園區(qū)建設(shè)，為承擔(dān)本課題研究工作奠定了良好基礎(chǔ)。 建立新的纖維素酶制劑評價體系 濾紙或 CMC 酶活都是基于纖維素酶水解純底物，無法反映其水解天然底物的能力，而且不同的天然底物需要不同的降解酶系，因此需要建立針對天然木質(zhì)纖維素底物的復(fù)合纖維素酶系評價方法。 菌株抑制物耐受機制研究 通過基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)方法，闡明菌株對抑制物耐受的分子機制，開發(fā)提高其抑制物耐受性的改造策略，提高乙醇生產(chǎn)菌株對木質(zhì)纖維素水解液毒性副產(chǎn)物的耐受性。 相關(guān)工作基礎(chǔ)及優(yōu)勢團隊： 中科院過程工程研究所在國家 973 項 目支持下， 圍繞秸稈組分分離機制及其反應(yīng)性、纖維素氫鍵網(wǎng)絡(luò)破裂和短纖維形成機制及秸稈分級轉(zhuǎn)化過程工程基礎(chǔ)理論等關(guān)鍵科學(xué)問題開展研究， 為開發(fā)低能耗高效 預(yù)處理技術(shù)奠定了良好基礎(chǔ)。 24 課題 4： 纖維素乙醇技術(shù)開發(fā)及萬噸級規(guī)模產(chǎn)業(yè)化示范 形成包括原料的收集、儲運、預(yù)處理、酶解、發(fā)酵、乙醇精餾和三廢處理等一套流程合理完整、技術(shù)創(chuàng) 新可靠、經(jīng)濟可行且具有自主知識產(chǎn)權(quán)權(quán)的專有技術(shù)，設(shè)計并建設(shè)萬噸級規(guī)模纖維素乙醇裝置。 課題 5：低成本微藻光自養(yǎng)培養(yǎng)及油脂制備關(guān)鍵技術(shù)開發(fā)及示范 以微藻生物柴油規(guī)?；a(chǎn)為目標(biāo)，在集成優(yōu)化的基礎(chǔ)上建立中試規(guī)模裝置，對系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)進行評價。 創(chuàng)新點和突破點： 人工光反應(yīng)器藻種培養(yǎng)和戶外自然光大規(guī)模培養(yǎng)的生產(chǎn)模式是本課題的技術(shù)創(chuàng)新； 微藻細(xì)胞高密度培養(yǎng)和低成本采收是本課題的突破點。 高效定向合成生物柴油基因工程微生物構(gòu)建及發(fā)酵工藝優(yōu)化 對生物柴油用脂肪酶菌種進行改造，提高有機溶劑耐性和中長鏈脂肪酸酯催化活性和專一性；構(gòu)建直接合成生物柴油及 生產(chǎn)含特定脂肪酸組成的工程菌株， 研究基因工程菌株合成生物柴油的培養(yǎng)條件及生產(chǎn)和遺傳穩(wěn)定性等。 創(chuàng)新點和突破點： 富油微生物培養(yǎng)生產(chǎn)微生物油脂解決我國生物柴油發(fā)展面臨的油脂資源匱乏瓶頸問題； 利用淀粉和味精等行業(yè)排放的含糖有機廢水，生產(chǎn)微生物油脂的同時可去除污染物，促進這些行業(yè)的清潔生產(chǎn)。 萬噸級酶法生物柴油示范工程項目的建立 建立適用于廣譜油源，包括原料預(yù)處理、酶催化反應(yīng)裝置、配套的分離提取、產(chǎn)品調(diào)質(zhì)、副產(chǎn)物高效回收等在內(nèi)的示范工程裝置。 創(chuàng)新點和突破點： 開發(fā)適宜于廣譜油源的生物柴油生產(chǎn)技術(shù)和裝置降低油脂原料變化的風(fēng)險是本項目的創(chuàng)新點； 高效低成本固定化脂肪酶是本項目的突破點。 31 生物燃?xì)獍l(fā)酵過 程外源激活因子篩選與助劑開發(fā) 針對產(chǎn)甲烷、水解兩個關(guān)鍵階段，篩選出對其有促進作用的外源激活因子并進行組配，研制出生物燃?xì)獍l(fā)酵助劑，著重考慮助劑在低溫下的促氣效果，解決冬季沼氣發(fā)酵過程中產(chǎn)氣速率慢等瓶頸問題。 生物燃?xì)飧咝Мa(chǎn)氣技術(shù)集成 集成優(yōu)化各技術(shù)模塊，建立完整的生物燃?xì)飧咝Мa(chǎn)氣技術(shù)體系。 江南大學(xué)在國家自然科學(xué)基金“小分子有機酸在固態(tài)厭氧發(fā)酵產(chǎn)甲烷過程中作用機制研究”的支持下，研究了產(chǎn)甲烷過程中微生物種 33 類和分布情況，對特征微生物產(chǎn)生的小分子有機酸種類和比例對產(chǎn)甲烷效率的影響進行了分析，發(fā)現(xiàn)除了丙酸 /乙酸比值對產(chǎn)甲烷有影響，丁酸的產(chǎn)量也是指示甲烷含量的一個重要因子。 厭氧發(fā)酵工藝調(diào)控技術(shù) 采取從微生物菌群、發(fā)酵底物配比、進出料方式等多層次調(diào)控策略，對生物燃?xì)馍a(chǎn)進行優(yōu)化，在厭氧發(fā)酵系統(tǒng)形成一個穩(wěn)定、協(xié)調(diào) 34 與高效的反應(yīng)狀態(tài)，進一步提高生物燃?xì)猱a(chǎn)率和甲烷含量。 沼渣沼液配套完善技術(shù) 設(shè)計和建造儲液池以適應(yīng)沼 渣沼液的全年使用，研究儲液池的結(jié)構(gòu)、型式及物料在池中的流動狀態(tài)等，完善厭氧罐與儲液池的過渡和銜接環(huán)節(jié)；通過對沼渣沼液的肥效成分如氮、磷、鉀等分析，研究其合適的肥用對象；構(gòu)建沼渣沼液系統(tǒng)，使得整個生物質(zhì)廢棄物處置完整持續(xù)，且實現(xiàn)處理流程的生態(tài)性。建立沼渣和沼液農(nóng)用回田模式，與農(nóng)業(yè)季節(jié)性生產(chǎn)過程相結(jié)合的環(huán)境條件，施肥標(biāo)準(zhǔn)等，建立健全 1 套完善 的后續(xù)處置系統(tǒng)； 建立日產(chǎn)潔凈生物燃?xì)?10000 M3的示范工程； 專利技術(shù)成果 8?10 項，發(fā)表論文 8?10 篇， 50%為 SCI 檢索。 創(chuàng)新點和突破點： 產(chǎn)氣調(diào)控的原位脫硫和后凈化脫硫結(jié)合是本課題的創(chuàng)新點； 闡明沼氣發(fā)酵過程 H2S生成代謝機制，開發(fā)適宜于生物燃?xì)馓攸c的膜吸收脫硫技術(shù)，是本課題的突破點； 開發(fā)針對不同底物特性的反應(yīng)裝置是解決產(chǎn)氣效率低的有效手段，也是本課題的突破點。 運用代謝工程和系統(tǒng)生物學(xué)技術(shù)，拓展菌株底物利用范圍，使其能利用各種來源的生物質(zhì)資源高效生產(chǎn)長鏈醇類生物燃料。 木質(zhì)纖維素類生物質(zhì)水解液異丁醇發(fā)酵達到 20 g/l，糖轉(zhuǎn)化率達到 35%；異戊醇達到 10 g/l，糖轉(zhuǎn)化達到 30%； 2， 3丁二醇達到80 g/l，糖轉(zhuǎn)化達到 30%。大連理工大學(xué)利用菊芋水解液生產(chǎn)丁醇的研究也取得 了良好 進展。 從富油微生物和微藻低成本大規(guī)模培養(yǎng)入手，解決我國生物柴油產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨油脂資源不足的瓶頸問題。 高效低成本纖維素酶和高效混合糖發(fā)酵菌株是纖維素乙醇技術(shù)的突破點。 （二）經(jīng)費需求 本主體項目申請國家撥款 億元，主要用于科技開發(fā)，地方和部門配套 億元，企業(yè)投入 億元，總投入 億元。 項目組織實施過程中注重行業(yè)部門和地方的聯(lián)動，地方和部門的相關(guān)項目將與本項目相銜接。 41 附件： 課題設(shè)置。技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)品研發(fā)課題要為示范工程建設(shè)提供支持，以保證突出重點。 項目采取“擇優(yōu)委托”與“公開招標(biāo)”相結(jié)合的方式，對以產(chǎn)品為主的項目采用“擇優(yōu)委托”的方式。 基于產(chǎn)氣菌群表征與調(diào)控的原位脫硫潔凈燃?xì)飧咝a(chǎn)和下游低成本脫硫凈化技術(shù)是發(fā)展?jié)崈羯锶細(xì)?，使其從分散農(nóng)村戶用向城鎮(zhèn)集中供氣、車用燃?xì)夂凸I(yè)熱電聯(lián)產(chǎn)方向發(fā)展，提高在能源消費中比例的突破點。 發(fā)展系統(tǒng)生物學(xué)和合成生物學(xué)方法，重構(gòu)長鏈醇類第二代生物燃料合成途徑，實現(xiàn)其成本降低的目標(biāo)。 創(chuàng)新點和突破點： 利用系統(tǒng)生物學(xué)和合成生物學(xué)方法，重構(gòu)長鏈醇代謝途徑，解決其發(fā)酵生產(chǎn)濃度低和產(chǎn)量低的問題，是本課題的創(chuàng)新； 開發(fā)利用廉價原料是長鏈醇類第二代生物燃料發(fā)展的突破點。 上述各長鏈醇生物燃料品種均建立百噸級規(guī)模中試裝置，評價其生產(chǎn)的技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)。 預(yù)期目標(biāo)： 木質(zhì)纖維素類生物質(zhì)水解液發(fā)酵總?cè)軇┻_到 15 g/l 以上，丁醇比例達到 70%，發(fā)酵時間不超過 70 h，丁醇對糖的收率達到 20%。 研究內(nèi)容： 在丙丁梭菌、大腸桿菌和釀酒酵母等模式微生物細(xì)胞中重構(gòu)丁醇、異丁醇、 2,3丁二醇 、異戊醇等長鏈 醇的生物合成途徑。 江南大學(xué)在江蘇 省太湖專項“藍藻無害化處理與資源化綜合利用技術(shù)”及江蘇省高技術(shù)研究計劃“小城鎮(zhèn)主要廢棄物生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化技術(shù)”的支持下，對高效厭氧反應(yīng)器進行了開發(fā)與應(yīng)用，獲得了多項專利技術(shù)成果。 針對發(fā)酵物料流動和輸送性能差、需要大量發(fā)酵料的回流防止酸化等問題，開發(fā)高壓氣體輸送與機械輸送配合的進料和物料回流設(shè)備 ， 開發(fā)反應(yīng)器的自密封螺旋出料設(shè)備 ， 研究進、出料管道的接口結(jié)構(gòu) ， 實現(xiàn)發(fā)酵物料穩(wěn)定的進料、出料和回流 ，通過調(diào)試、工藝優(yōu)化，運行管理等方式建立生物燃?xì)馐痉豆こ?，在示范工程的基礎(chǔ)上進行推廣應(yīng)用。 原位低硫沼氣 生產(chǎn)技術(shù) 利用凝膠梯度電泳、宏基因組等研究手段，通過生物與化學(xué)調(diào)控技術(shù)，減少厭氧反應(yīng)過程中的硫化氫產(chǎn)生；并利用二級硫化氫去除方法在發(fā)酵裝置內(nèi)實現(xiàn)硫化氫的原位去除，從而實現(xiàn)原位低硫沼氣生產(chǎn)。 課題 9：潔凈生物燃?xì)馍a(chǎn)過程優(yōu)化及示范 在從原料到產(chǎn)品全過程關(guān)鍵技術(shù)的創(chuàng)新與集成優(yōu)化基礎(chǔ)上，開發(fā)成套潔凈生物燃?xì)馍a(chǎn)技術(shù)，建立示范工程裝置，提升生物燃?xì)馐褂梅秶c價值，增強我國生物燃?xì)庠谀茉聪M中的比例。 選育快速解聚合難生物降解固體原料的微生物菌種 810 株；選育高效產(chǎn)甲烷菌株 35 株； 開發(fā) 調(diào)控生物燃?xì)獍l(fā)酵的功能微生物菌劑 24種，助劑 1種； 建立生物燃?xì)獍l(fā)酵過程多維調(diào)控技術(shù)體系 1套； 獲得厭氧發(fā)酵過程中小分子有機酸的數(shù)量和種類分布，建立產(chǎn)酸與產(chǎn)甲烷關(guān)聯(lián)性控制模式 1 套； 對各技術(shù)集成優(yōu) 化，為示范工程建設(shè)提供技術(shù)支撐； 專利技術(shù)成果 15?20項，發(fā)表論文 20?30篇， 50%為 SCI檢索。 生物燃?xì)獍l(fā)酵過程微生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建 通過提取厭氧發(fā)酵各個過程中總 DNA，采用分子生物學(xué)手段進 行擴增和分離，檢測和鑒定出各個過程中特征微生物組成 ，以及各微生物群落 在厭氧發(fā)酵過程 中的豐度 變化；通過調(diào)控反應(yīng)器運行方式及添加外加因子等手段，富集和強化各特征微生物，促進厭氧消化全過程效率，最終構(gòu)建厭氧發(fā)酵過程的微生態(tài)系統(tǒng)。 研究內(nèi)容： 生物燃?xì)獍l(fā)酵系統(tǒng) 微生物種群監(jiān)測技術(shù) 借助 DGGE、 TGGE和基因文庫等微生物分子生態(tài)學(xué)技術(shù)，分析監(jiān)測生物燃?xì)獍l(fā)酵系統(tǒng)中微生物種群結(jié)構(gòu)及動態(tài)變化過程，解析其生態(tài)演替規(guī)律與優(yōu)勢豐度，建立一套簡便快速的微生物種群結(jié)構(gòu)監(jiān)測技術(shù)。 生物柴油酶法轉(zhuǎn)化率