【正文】 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。 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。 （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。 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。 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。 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)。 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。 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。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(jìn)展。 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)。 木質(zhì)纖維素類生物質(zhì)水解液異丁醇發(fā)酵達(dá)到 20 g/l，糖轉(zhuǎn)化率達(dá)到 35%；異戊醇達(dá)到 10 g/l，糖轉(zhuǎn)化達(dá)到 30%； 2， 3丁二醇達(dá)到80 g/l，糖轉(zhuǎn)化達(dá)到 30%。 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┻_(dá)到 15 g/l 以上，丁醇比例達(dá)到 70%，發(fā)酵時間不超過 70 h，丁醇對糖的收率達(dá)到 20%。 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。 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。 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。 江南大學(xué)在江蘇 省太湖專項“藍(lán)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(jìn)行了開發(fā)與應(yīng)用，獲得了多項專利技術(shù)成果。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。 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(jìn)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(jìn)、出料管道的接口結(jié)構(gòu) ， 實現(xiàn)發(fā)酵物料穩(wěn)定的進(jìn)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(jìn)行推廣應(yīng)用。 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。 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)。 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(jìn)出料方式等多層次調(diào)控策略，對生物燃?xì)馍a(chǎn)進(jìn)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(jìn)一步提高生物燃?xì)猱a(chǎn)率和甲烷含量。 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。 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(jìn)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。 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)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。 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(jìn) 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(jìn)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)。 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(jìn)作用的外源激活因子并進(jìn)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。 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)。 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。 生物柴油酶法轉(zhuǎn)化率 95%以上，產(chǎn)品質(zhì)量符合國 標(biāo) BD100； 建設(shè) 1萬噸 /年酶法生物柴油清潔生產(chǎn)示范裝置； 副產(chǎn)甘油高值化利用，使生物柴油生產(chǎn)成本降低 20%； 三廢排放低于化學(xué)法 30%以上，能耗小于化學(xué)法 30%以上； 專利技術(shù)成果 8?10項，發(fā)表論文 10?15 篇， 50%為 SCI檢索。 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。 29 研究內(nèi)容： 高效廣適性酶制劑的篩選改造和生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù) 脂肪酶高效表達(dá)、篩選和發(fā)酵工藝，固定化載體的開發(fā)和高效固定化方法，低成本、高產(chǎn)量的脂肪酶加工制造和成型關(guān)鍵技術(shù) ， 重點突破催化效率高、廣適性好、成本低的工業(yè)用脂肪酶技術(shù)。 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(jìn)這些行業(yè)的清潔生產(chǎn)。 相關(guān)工作基礎(chǔ)及優(yōu)勢團隊： 北京化工大學(xué) 20xx年開始研究利用微生物發(fā)酵生產(chǎn)油脂，篩選得到了系列富含油脂微生物，利用含糖有機廢水和高粱秸稈汁等廉價原料生產(chǎn)微生物油脂，已申請國家發(fā)明專利 2 項 ， 20xx 年 10 月通過中石化協(xié)會的技術(shù)鑒定，鑒定意見：“以含糖廢水生產(chǎn)油脂中試裝置，總體技術(shù)達(dá)到國際先進(jìn)水平”。 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(jìn)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。 研究內(nèi)容： 高效轉(zhuǎn)化富營養(yǎng)化廢水油脂 微生物 菌種選育和發(fā)酵工藝優(yōu)化 選育能夠利用富營養(yǎng)化廢水 及農(nóng)作物秸稈水解液 合成油脂的微生物菌株，研究油脂合成 代謝機制，提高油脂對糖的收率和油脂含量。 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。 預(yù)期目標(biāo)： 選育 23株適合戶外規(guī)模化培養(yǎng)，速生、富油和抗逆優(yōu)良藻種； 光生物反應(yīng)器藻細(xì)胞密度達(dá)到 4 g/l，細(xì)胞產(chǎn)率達(dá)到 g/l/d； 用于規(guī)?；囵B(yǎng)的戶外敞開式光自養(yǎng)培養(yǎng)系統(tǒng)單個面積達(dá)到500 M2，藻細(xì)胞產(chǎn)率達(dá)到 g/l/d，油脂產(chǎn)率達(dá)到 100 mg/l/d； 微藻細(xì)胞采收率不低 于 80%，微藻油脂提取率不低于 90%， 轉(zhuǎn) 26 酯率不低于 95%； 建成總面積不低于 10000 M2的高效低成本微藻光自養(yǎng)系統(tǒng)及包括微藻采收、油脂提取與轉(zhuǎn)化，年產(chǎn)生物柴油 10噸的示范裝置； 專利技術(shù)成果 10?15項，發(fā)表論文 20?30篇， 50%為 SCI檢索。 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(jìn)行評價。 預(yù)期目標(biāo) ： 全糖利用率達(dá)到 90%以上，乙 醇對全糖得率達(dá)到 85%； 發(fā)酵終點乙醇濃度達(dá)到 7%（ v/v），平均發(fā)酵時間 60 h； 建成萬噸級規(guī)模纖維素乙醇示范工程裝置，噸乙醇干基秸稈原料消耗 6 噸，成本可與淀粉質(zhì)原料燃料乙醇競爭； 專利技術(shù)成果 8?10 項，發(fā)表論文 5?6篇， 50%為 SCI 檢索 相關(guān)工作基礎(chǔ)及優(yōu)勢團隊： 在國家 97 863和科技支撐項目及中科院知識創(chuàng)新重大項目支持下，我國纖維素乙醇基礎(chǔ)研究和應(yīng)用技術(shù)開發(fā)都取得一定進(jìn)展，河南天冠和安徽豐原分別建設(shè)了萬噸級規(guī)模纖維素乙醇示范工程裝置，中 25 糧集團與諾維信公司合作，建立了 500 噸規(guī)模的 中試裝置，這些工作為進(jìn)一步提高我國纖維素乙醇技術(shù)水平，降低成本奠定了良好基礎(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。早在 20xx年，大連理工大學(xué)就與山東大學(xué)合作，開展基于脅迫耐受性好的自絮凝酵母構(gòu) 建混合糖發(fā)酵菌株的研究工作。 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)。擬通過功能基因組學(xué)分析和基因組規(guī)模代謝網(wǎng)絡(luò)及調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的建模，解析對乙醇生產(chǎn)具有重要作用的基因及其調(diào)控表達(dá)機制，開發(fā)新型遺傳操作系統(tǒng)，對重要調(diào)控位點和乙醇代謝反饋抑制位點進(jìn)行改造，提高菌株生產(chǎn)乙醇的水平。 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。 微生物降解木質(zhì)纖維素酶系的解析和高效降解酶系的復(fù)配 研究不同酶組分與纖維素底物間相互作用及不同酶分子間協(xié)同作用機制，確 定影響酶解效率的因素，為復(fù)配高效降解酶系奠定基礎(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。 21 課題 3：預(yù)處理、纖維素酶和混合糖發(fā)酵菌株構(gòu)建平臺技術(shù) 開發(fā)低能耗高效原料預(yù)處理技術(shù)； 基于 纖維素酶生產(chǎn)菌株基因組序列測定及解 析提供的信息，對其進(jìn)行改造，優(yōu)化纖維素酶各組分的組成，提高纖維素酶解效率；在揭示五碳糖代謝和抑制物耐受性這些由多基因控制生理性狀復(fù)雜分子機制的基礎(chǔ)上，對菌株進(jìn)行代謝工程改造，構(gòu)建高效利用木質(zhì)纖維素水解液或直接利用纖維素原料生產(chǎn)乙醇的工程菌株。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)?；N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)。 菊芋塊莖生產(chǎn)燃料乙醇 乙醇濃度達(dá)到 10%（ v/v），