光驱动微生物杂合系统提高生物制造水平

太阳能作为最丰富且可再生的清洁能源,具有非常大的成本效益和发展潜力。自然光合作用效率低且难以干预,人工光合作用不稳定且成本高。以绿色、低碳的方式实现太阳能-化学的转化是现代社会可持续发展的迫切需要,也符合绿色生物制造的需求。光驱动微生物杂合系统作为一项新兴技术将非生物光敏材料与微生物全细胞结合起来,利用光敏材料优良的光吸收能力和微生物的特定高效合成能力,在利用太阳能驱动合成燃料和化学品方面显示出较大潜力。本文综述了光驱动微生物杂合系统在质子还原制氢、CO₂还原转化、固氮和C—H键氧化等重要反应中的应用,并对光驱动微生物杂合系统未来的发展趋势进行了展望。     

漫谈生物燃料和生物柴油

探讨了国内对石油需求量日益增长的情况下推广和普及新型能源的重要性。对新能源在替代和缓解我国石油不足方面的重要意义进行了概述。指出寻找新型可替代能源成为中国未来能源战略的关键。     

面对生物柴油和生物燃料的思考

论述了在国际原油价格不断上涨,而国内对石油需求量日益增长的情况下的各种新型能源推广和普及的重要性.对新能源在替代和缓解我国石油不足方面的重要意义进行了概述.指出寻找新型可替代能源成为中国未来能源战略的关键.     

膜技术用于CO_2回收和捕集的研究进展

综述了近年来膜技术在CO2回收和捕集中的应用,分别介绍了高分子膜、无机膜、有机-无机杂化膜、促进传递膜、膜生物反应器用于回收和捕集CO2的研究现状和优缺点。针对目前膜技术用于回收和捕集CO2中的不足,提出了今后研究工作的发展方向。     

基于克拉玛依市二氧化碳排放的碳捕集-甲烷化工艺探究

电力转气(PtG)是指可再生能源制氢并转化为气体燃料,该技术可以显著减少二氧化碳排放量。拟在克拉玛依利用PtG技术,以最大程度减少碳排放为出发点,设计高效的二氧化碳捕集系统以及二氧化碳甲烷化系统。最终二氧化碳捕集效率91.54%,甲烷化效率77.5%,年产甲烷384万m³,吸收二氧化碳7.74万t,年营业额1.6亿元。对项目成本影响最大的是固定成本以及制氢成本,不过随着碳交易市场的逐渐完善以及更高效电解器的出现,未来将获得更大的经济效益,是大规模吸收二氧化碳的重要技术路径。     

化学品绿色制造核心技术——合成生物学

合成生物学即生物学的工程化,因其打破了非生命化学物质和生命物质之间的界线,推动了生命科学由理解生命到创造生命的革新,因此对科学发展和技术创新起到了颠覆性作用,引发了化学品绿色制造的巨大变革。合成生物学作为化学品绿色制造的核心技术,主要从原料到菌种再到过程进行全链条设计和优化。本文首先从原料多样化、产品的合成与底盘细胞的选择这三个方面,综述了化学品绿色制造过程中合成生物学所起到的关键核心作用。在此基础上系统阐述了人工体系的设计与构建,并对今后如何通过发展合成生物学来促进化学品绿色制造,从“原料、底盘细胞、反应过程”这三个方面提出了相应的展望。     

青岛能源所合成两生物基化学品

近日,中国科学院青岛生物能源与过程研究所生物基化学品团队在生物法合成甲基乙偶姻（3-甲基-3-羟基-2-丁酮）和2-甲基-2,3-丁二醇的研究中取得重要进展。     

基于系统生物学和合成生物学的重要平台化学品生物制造的研究进展

基于生物质资源的平台化学品制造,是解决目前石化资源枯竭和环境问题的重要措施,对经济社会的可持续发展具有重要意义。本文主要介绍了系统生物学和合成生物学在有机酸(琥珀酸、富马酸、L-苹果酸、葡萄糖二酸、丙酮酸、苯丙酮酸、α-酮戊二酸)以及其他平台化学品(2,5-呋喃二甲酸)生物制造中的应用,并展望了生物制造在平台化学品生产中的未来发展方向。     

精细化学品工业生物催化的趋势和创新

讨论了生物催化技术在精细化学品工业制造中的应用。主要体现在对纯的α-氨基酸和β-氨基酸的对映体、胺类、醇类、有机酸、糖类、羟氰类立体异构体的合成和复杂自然产物的控制等方面。此外,选择性和温和的反应条件使生物催化在工业上更多地用来修饰复杂的靶分子。     

以CO2为原料的绿色生物制造

温室气体积累而导致的全球性气候变化引起了人们的广泛重视,因此科学家通过不同的方法在CO₂固定方面进行了诸多的探索与研究,例如化学转化、酶催化及微生物转化等。而微生物的多功能性使得其具有将生物质、生物废物和二氧化碳作为原料来生产生物燃料及化学品等物质的优点。本文对天然存在于微生物体内的、可以固定CO₂的途径进行了一定总结,并主要阐述了利用生物法或生物电化学法等方法将二氧化碳绿色地转化为化学品或生物质能源的相关工作。另外,对以粮食为原料的第一代生物制造以及以非粮食的生物质为原料的第二代生物制造方法及效果进行了评价,同时提出了以CO₂为原料的第三代绿色生物制造的概念。最后预测了在利用二氧化碳进行生物转化的未来发展中所需的关键技术与发展走势。     

质子交换膜燃料电池混合动力系统能量优化的仿真分析

分析了混合动力系统的控制目标及需要考虑的几个关键参数。以PEMFC混合动力系统为对象,分别针对给定负载模式和实时运行模式进行控制策略设计和能量优化仿真。对给定的负载模式,采用遗传算法对多约束组合优化问题进行求解,仿真结果证明了算法的可行性。对于实时运行模式,在原有模糊控制策略的基础上,引入燃料电池电压和电压变化量对模糊输出进行两级修正。仿真结果表明,改进后的模糊控制策略可以有效提高燃料电池运行效率,降低燃料电池功率波动。     

Molecular-scale hybrid membranes: Metal-oxo cluster crosslinked benzimidazole-linked polymer membranes for superior H2 purification

Hydrogen (H₂) purification requires separation membranes with excellent performance and high stability. Here, a few nanometer-sized Zr-oxygen clusters (CP-2) abundant in amino groups were incorporated in benzimidazole-linked polymers (BILPs) by interfacial polymerization (IP) to fabricate molecular-scale hybrid membranes for efficient H₂/CO₂ separation. The amino groups in CP-2 engage in IP. The structure of the BILPs polymer chains is regulated and more H₂ selective channels are created. The hybrid membranes provide an H₂/CO₂ selectivity of up to 75.2 (with a corresponding H₂ permeance of 318 GPU) and a high H₂ permeance of up to 1470 GPU (with a corresponding H₂/CO₂ selectivity of 23.6). In addition, the membranes exhibit satisfactory separation performance and durability under industry-relevant conditions (573 K, 11 bar, or steam treatment).     

耦合膜分离的新型CO2低温捕集系统性能优化

CO₂捕集作为温室气体排放控制的有效手段已成为重要研究课题。作为新兴捕集技术之一,低温CO₂捕集因产品纯度高、无附加污染等优势受到关注。然而,该技术能耗和捕集率对于气体中CO₂浓度十分敏感,对于高CO₂浓度气体可获得较高的CO₂捕集率和较低能耗水平。基于此,本文提出了耦合膜分离的新型CO₂低温捕集系统,通过膜材料选择渗透性实现待捕集气体CO₂浓度主动调控,并在最优浓度下进行CO₂低温捕集。首先基于不同传统低温捕集系统特点,对比分析了不同耦合系统模式,从而确定了最优耦合系统结构。针对最优耦合系统进行了运行参数优化,并分别基于实现系统捕集能耗最低与捕集率最高的目标,获得了膜渗透侧CO₂浓度与进气CO₂浓度间的关系式,为该耦合系统中膜组件选型提供指导。研究表明,本文提出的耦合系统捕集能耗为1.92MJ/kgCO₂,相比于传统单一低温系统捕集能耗可降低16.5%。     

Chemical solvent in chemical solvent: A class of hybrid materials for effective capture of CO2

Amino acid ionic liquids (AAILs) are chemical solvents with high reactivity to CO₂. However, they suffer from drastic increase in viscosity on the reaction with CO₂, which significantly limits their application in the industrial capture of CO₂. In this work, 1‐ethyl‐3‐methylimidazolium acetate ([emim][Ac]) which also exhibits chemical affinity to CO₂ but low viscosity, and its viscosity does not increase drastically after CO₂ absorption, was proposed as the diluent for AAILs to fabricate hybrid materials. The AAIL+[emim][Ac] hybrids were found to display enhanced kinetics for CO₂ absorption, and their viscosity increase after CO₂ absorption are much less significant than pure AAILs. More importantly, owing to the fact that [emim][Ac] itself can absorb large amount of CO₂, the AAIL+[emim][Ac] hybrids still have high absolute capacities of CO₂. Such hybrid materials consisting of a chemical solvent plus another chemical solvent are believed to be a class of effective absorbents for CO₂ capture. © 2017 American Institute of Chemical Engineers AIChE J, 64: 632–639, 2018     

碳中和约束下绿色减排体系的构建

基于对CO₂具有“既是亟待减排的温室气体,又是人类生存必不可少的可再生资源”双重性的认知,本文首次提出了碳中和约束下的“污染温室因子禁排、CO₂净零排放、调控CH₄产生和排放”的温室因子绿色减排体系。文中从两个方面提出绿色减排体系的构建：在国家层面,通过制定相关减排政策体系、进行国家超级工程和行动,为我国实现“30·60双碳目标”提供依据、标准和规范,形成实施绿色碳减排的基石和支撑体系;在微观技术层面,通过全过程控碳排放的CO₂绿色减排技术,包括源头上避免高碳排放、过程中控制碳排放、末端强化碳循环与捕集利用（3CU）等。最后指出,依靠能源绿色低碳转型,以节能降耗和生物固碳为抓手,疏堵结合,满足自然界的碳循环平衡需求,高效低成本实现经济社会高质量低碳化发展、生态文明建设与应对气候变化的三赢,将会促进我国2030年前达到峰值和2060年前实现碳中和。     

烟气CO2捕集热能梯级利用节能工艺耦合优化

醇胺法捕集CO₂技术是一种较成熟的CO₂捕集技术,具有吸收速度快、脱除效果好等显著优点,但其操作费用高、解吸能耗大。本文以降低醇胺法捕集烟气中CO₂系统再生能耗为出发点,对常规醇胺法捕集CO₂工艺统进行了节能优化研究。在常规工艺流程基础上引入压缩式热泵节能技术,并利用Aspen Plus软件建立了基于压缩式热泵技术的CO₂捕集工艺流程模型。研究了压缩式热泵与机械蒸汽压缩回收（MVR）热泵、分流解吸、分布式换热、级间冷却4种节能工艺耦合,通过模拟计算与优化,结果说明了最佳节能工艺组合为“解吸塔压缩式热泵+贫液MVR热泵+分流解吸+级间冷却”耦合的CO₂捕集工艺流程,当解吸塔顶气体分流比为0.25∶0.75、冷富液分流比为0.05∶0.95、级间冷却器位于吸收塔17块塔板位置、吸收塔输入冷量为-3.0GJ/h时,系统再生能耗最低,为2.533 GJ/tCO₂,相比常规有机胺工艺（再生能耗4.204GJ/tCO₂）节能率39.748%。     

胺法脱碳系统流程改进及优化模拟

采用一乙醇胺(MEA)进行燃煤电厂烟气脱碳是目前比较成熟和可行的技术,但是存在再生能耗高的严重缺陷。胺法脱碳系统流程改进及优化能有效降低再生能耗。应用Aspen Plus软件基于速率模型对传统胺法脱碳流程及其改进流程进行模拟研究。这些改进的流程包括吸收塔中间冷却流程、富液分流流程、贫液蒸汽再压缩流程、分流流程及富液分流与贫液蒸汽再压缩整合流程。研究结果表明:富液分流与贫液蒸汽再压缩整合流程节能效果最好,和传统流程相比再生能耗及等量功分别下降28.2%和11.9%。节能效果其次的是富液分流流程,再生能耗和等量功分别下降19.3%和11.8%。贫液蒸汽再压缩流程使再生能耗下降了14.1%,而等量功只下降了4.1%。吸收塔中间冷却流程和分流流程节能效果比较有限。     

Recent progress of green sorbents-based technologies for low concentration CO2 capture

The increased concentration of CO₂ due to continuous breathing and no discharge of human beings in the manned closed space, like spacecraft and submarines, can be a threat to health and safety. Effective removal of low concentration CO₂ from the manned closed space is essential to meet the requirements of long-term space or deep-sea exploration, which is an international frontier and trend. Ionic liquids (ILs), as a widespread and green solvent, already showed its excellent performance on CO₂ capture and absorption, indicating its potential application in low concentration CO₂ capture. In this review, we first summarized the current methods and strategies for direct capture from low concentration CO₂ in both the atmosphere and manned closed spaces. Then, the multi-scale simulation methods of CO₂ capture by ionic liquids are described in detail, including screening ionic liquids by COSMO-RS methods, capture mechanism by density functional theory and molecular dynamics simulation, and absorption process by computational fluid dynamics simulation. Lastly, some typical IL-based green technologies for low concentration CO₂ capture, such as functionalized ILs, co-solvent systems with ILs, and supported materials based on ILs, are introduced, and analyzed the subtle possibility in manned closed spaces. Finally, we look forward to the technology and development of low concentration CO₂ capture, which can meet the needs of human survival in closed space and proposed that supported materials with ionic liquids have great advantages and infinite possibilities in the vital area.     

Hydrogenation of carbon dioxide by hybrid catalysts,direct synthesis of aromatics from carbon dioxide and hydrogen

Direct synthesis of aromatics from carbon dioxide hydrogenation was investigated in a single stage reactor using hybrid catalysts composed of iron catalysts and HZSM-5 zeolite. Carbon dioxide was first converted to CO by the reverse water gas shift reaction, followed by the hydrogenation of CO to hydrocarbons on iron catalyst, and finally the hydrocarbons were converted to aromatics in HZSM-5. Under the operating conditions of 350°C, 2100 kPa, and CO₂/H₅ = 1/2, the maximum aromatic selectivity obtained was 22% with a CO₂ conversion of 38% using fused iron catalyst combined with the zeolite. Together with the kinetic studies, thermodynamic analysis of the CO₂ hydrogenation was also conducted. It was found that unlike Fischer Tropsch synthesis, the formation of hydrocarbons from CO₂ may not be thermodynamically favored at higher temperatures.     

CO2催化氢化制清洁能源的研究进展及趋势

CO₂的过量排放引发了严重的温室效应,采用CO₂氢化技术在实现CO₂减排的同时又可生成高价值的产物,因此受到研究人员的广泛关注。近年来,关于CO₂氢化的研究逐渐增多,但是综合探讨多种催化技术的相关综述较少。本文将较为新型的CO₂氢化技术大致分为光催化、电催化、生物催化以及等离子体催化4种。主要从催化剂的角度,对以上4种新型CO₂氢化技术的研究现状和最新进展进行了归纳,并简要介绍了其反应机理。同时,基于研究现状的分析,指出了4种氢化技术的进一步研究方向和需要解决的相关问题,并对CO₂氢化技术的发展作出了展望。