1、生物能源关键技术研究与开发项目建议书XX工程咨询有限公司二零XX年XX月XX项目可行性研究报告建设单位：XX建筑工程有限公司建设地点：XX省XX市编制单位：XX工程咨询有限公司20XX年XX月49可行性研究报告编制单位及编制人员名单项目编制单位：XX工程咨询有限公司资格等级： 级证书编号：（发证机关：中华人民共和国住房和城乡建设部制）编制人员： XXX高级工程师XXX高级工程师XXX高级工程师XXXX有限公司二XX年XX月XX日目 录摘 要1一、项目提出的依据2二、项目立项的意义、必要性和紧迫性3（一）生物能源是引领能源战略新兴产业，应对国际竞争的迫切需要3（二）生物能源是保障国家能源安全，推2、动可持续发展的迫切需要4（三）发展生物能源是保护生态环境，建设低碳经济的迫切需要5（四）发展生物能源是调整农业产业结构，促进农民增收的迫切需要5三、项目相关领域的研发基础和相关发展趋势6（一）研发基础6（二）发展趋势12四、项目领域的战略分析、发展思路、本项目的总体目标及考核指标15（一）总体目标15（二）考核指标16五、主要研究内容17课题1：基于酶和菌种改造的燃料乙醇节能减排关键技术17课题2：一步法生物加工1.5代燃料乙醇关键技术及示范19课题3：预处理、纤维素酶和混合糖发酵菌株构建平台技术21课题4：纤维素乙醇技术开发及万吨级规模产业化示范24课题5：低成本微藻光自养培养及油脂制备关键3、技术开发及示范25课题6：低成本富油微生物培养及油脂制备关键技术及示范26课题7：适于广谱油脂原料的酶法生物柴油技术开发及示范28课题8：生物燃气菌群调控及高效产气关键技术30课题9：洁净生物燃气生产过程优化及示范33课题10：长链醇生物燃料生产关键技术及示范36六、项目主要的创新点和突破点39（一）创新点39（二）突破点39七、项目实施年限、经费需求、课题组织实施方式40（一）起止年限40（二）经费需求40（三）课题组织实施方式40附件：41摘 要 石油资源短缺已成为制约我国经济发展的瓶颈，国家高度重视可再生能源的发展，在国家中长期科学和技术发展规划纲要和国家可再生能源中长期发展规划中都明确4、提出了我国生物能源科技和产业发展的目标。发展生物能源对于保障国家能源安全，推动新能源战略新兴产业发展，改善生态环境，促进农民增收，都具有重要意义。“十五”以来，国家在973项目、863项目和科技支撑计划项目中，先后安排了一批生物能源相关的基础研究、技术开发和工程示范项目，取得了良好进展。截止到2009年底，我国燃料乙醇产量已达到172万吨，生物柴油约30万吨，生物燃气约120亿立方米。本项目针对燃料乙醇、生物柴油和生物燃气三大主要生物能源产品及以丁醇为代表的长链醇类第二代生物燃料生产关键技术，组织有良好基础的优势科研单位和企业协作攻关。预计项目完成后，现有燃料乙醇生产发酵能耗降低40%，水耗降5、低20%；建立万吨级规模纤维素乙醇示范工程；建立总面积10000 M2的低成本能源微藻光自养培养示范基地，千吨级规模微生物油脂生物柴油中试装置，适宜于广谱油脂的万吨级规模酶法生物柴油示范工程；建设日产洁净生物燃气10000 M3的示范基地；培育2-3个产学研技术创新联盟，拉动生物能源产值约300亿；培养引进8-10名领军人才，申请100个左右发明专利，发表论文约300篇，其中50%为SCI收录，培养博硕士研究生约600人。本项目申请国家拨款1.5亿元，地方和部门配套1.0亿元，企业投入3.0亿元，总经费投入5.5亿元。一、项目提出的依据目前，我国已成为世界能源消费大国，其中基于煤炭和石油的两大6、化石类能源占能源消费总量的比例高达90%，但我国石油资源严重匮乏，2009年石油进口量已占石油消费总量的50%以上。党中央、国务院高度重视包括生物能源在内的各类可再生能源的开发利用。2005年11月国际可再生能源大会在北京召开，胡锦涛总书记在发来的贺词中指出：“加强可再生能源开发利用，是应对日益严重的能源和环境问题的必由之路，也是人类社会实现可持续发展的必由之路。”在2010年4月22日召开的国家能源委员会第一次会议上，国务院总理温家宝强调：“要加快能源调整优化结构，大力培育新能源产业，下大力气落实2020年非化石能源消费比重提高到15%的目标；要提高能源科技的创新能力，支撑现代能源体系建设。7、”国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020年）明确将“可再生能源的低成本规模化开发利用”列为优先主题，并突出发展生物能源。国家可再生能源中长期发展规划中也明确提出：“从长远考虑，要积极发展以纤维素类生物质为原料的生物燃料技术；到2020年，生物燃料乙醇年利用量达到1000万吨，生物柴油年利用量达到200万吨，沼气年利用量达到440亿立方米。”要实现这一目标，迫切需要发展符合我国国情的生物能源产品生产原料，特别是以农作物秸秆为代表的木质纤维素类生物质资源和各类有机废弃物，开发生物能源产品生产创新技术，显著降低成本，提高生物能源产品与不可再生化石类能源产品的竞争能力。二、项目立项的意义8、必要性和紧迫性发展生物能源对于推动能源战略新兴产业发展，保障国家能源安全，改善生态环境，促进农村经济发展，都具有重要的战略意义。（一）生物能源是引领能源战略新兴产业，应对国际竞争的迫切需要生物能源一直是欧美等发达国家能源战略的重要组成部分，美国政府能源部（Department of Energy, DOE）早在上世纪七十年代石油危机事件之后就建立了可再生能源国家实验室（National Renewable Energy Laboratory, NREL），对以农林废弃物为代表的木质纤维素类生物质资源生产以燃料乙醇为代表的液体燃料技术开发给予重点支持。2000年10月，为了加快推进美国先进生物9、燃料技术开发和产业化，NREL组建了国家生物能源中心（National Bioenergy Center, NBC），为DOE的生物质开发计划（DOE Biomass Program）及预期目标的实现提供技术支持。金融危机爆发以来，新能源发展被提升到了前所未有的高度，新能源产业正孕育着新的经济增长点，同时也将成为新一轮国际竞争的战略制高点，美国总统奥巴马积极呼吁加快美国生物燃料的开发，以构建美国清洁能源产业基础，以期在新能源和环境问题上引领世界，政府研发投入不断增加，如2009年5月6日能源部长朱棣文宣布从“美国促进经济恢复行动（The American Recovery and Reinve10、stment Act）”资金中安排7.865亿美元支持先进生物燃料技术开发和生物炼制产业化示范（Advancing Biofuels R & D and Commercial-scale Biorefinery Demonstration Projects）。欧盟国家对进口石油的依赖也越来越重，2007年27个欧盟国家进口石油总量已经超过6亿吨，对外依存度接近80%。为了应对这一挑战，2006年欧盟建立了生物燃料技术开发平台（European Biofuels Technology Platform, EBTP），随后制定了其生物燃料发展远景规划（Biofuels in the EU: A v11、ision for 2030 and beyond）。2009年10月欧盟委员会发布“低碳技术发展投资计划（Investing in the Development of Low Carbon Technologies, the SET-Plan）”，拟在未来10年内投入约90亿欧元，支持生物能源技术开发，并针对欧盟区不同国家的地理环境、气候条件和基础设施状况，建立30个左右的生物能源中试、产业化示范及商业化规模生产装置。（二）生物能源是保障国家能源安全，推动可持续发展的迫切需要表1所示为2000-2009年10年内我国石油消费结构。可见随着经济的持续高速发展，石油消费总量不断增加，而国内石油12、生产只能维持在1.8亿吨左右，供需矛盾特别突出，从2008年开始，我国进口石油的比例已经超过50%。 表1：2000-2009年我国石油消费与进口情况统计（单位：亿吨）年份石油消费2000200120022003200420052006200720082009总 量2.222.172.312.522.912.993.223.463.694.08国内产量1.631.641.691.691.741.801.841.871.801.89进 口 量0.590.530.620.831.171.191.381.591.892.19进口比例（%）26.624.426.832.940.239.842.846.13、051.353.6发展生物能源，逐步减轻对进口石油的依赖程度，已经成为国家能源安全及经济可持续发展的重大需求！（三）发展生物能源是保护生态环境，建设低碳经济的迫切需要据2009年国际能源署（International Energy Agency, IEA）发布的燃料燃烧二氧化碳排放2009（CO2 Emissions from Fuel Combustion, 2009 Edition），2007年中国CO2总排放量为60亿吨，主要来自能源生产与消费，占全球排放的21%，超过美国成为世界上CO2排放第一大国。2009年11月25日国务院召开常务工作会议，研究部署应对气候变化工作，决定到202014、年我国控制温室气体排放的行动目标：单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降40-45%。由于全球温室气体总量的60%以上来自能源生产和消费领域，而生物能源产品具有碳排放中性的特点,其生产和消费中产生的CO2释放到大气环境中后，可以被植物光合作用吸收，不会导致大气环境CO2的净增加，是实现温室气体减排目标的根本出路！（四）发展生物能源是调整农业产业结构，促进农民增收的迫切需要生物能源生产原料主要来自农业，发展生物能源，可以转变传统种植业“粮经饲”三元结构为“粮经饲能”四元结构，为农村开辟新兴产业，有效延长农业产业链，提高农产品附加值，增加农村就业机会，增加农民收入。以纤维素乙醇为例，7吨秸秆15、就可以生产1吨乙醇，按年产500万吨纤维素乙醇计算，则需要秸秆约3500万吨，平均每吨秸秆的价格在300左右，仅此一项就可为农民增收100亿元以上。三、项目相关领域的研发基础和相关发展趋势生物能源包括生物燃料、生物燃气和生物氢能，生物燃料主要指燃料乙醇和生物柴油，由于以丁醇为代表的长链醇作为发动机燃料的性能优于燃料乙醇，被认为是具有发展前景的第二代生物燃料。目前国内外燃料乙醇主要以糖质和淀粉质原料生产，即第一代燃料乙醇，其大规模发展一方面会影响粮食安全，另一方面扩大原料种植面积会破坏生态多样性。利用以秸秆为代表的木质纤维素类生物质生产的纤维素乙醇，被称为第二代燃料乙醇，但木质纤维素类生物质加工16、转化难的问题十分突出。基于能够在不适宜于粮食作物生长的边际土地上种植，生物量产量高且易于加工转化的原料如甜高粱茎秆和菊芋块茎等生产的燃料乙醇，被称为1.5代燃料乙醇。（一）研发基础1、淀粉质原料燃料乙醇技术我国“十五”期间试点建设大型燃料乙醇装置，目前已经形成了总量172万吨的燃料乙醇生产能力，不仅积累了发展燃料乙醇这一最主要生物能源产品的经验，而且乙醇发酵关键技术和大型装置建设的工程化技术都取得了重大突破。淀粉质原料高浓度乙醇发酵技术取得突破：在我国发展燃料乙醇之前，乙醇发酵行业发酵终点乙醇体积比浓度一般在8-10%，不仅发酵醪精馏能耗高，而且吨乙醇生产排放的废糟液高达12-15吨，废糟液处17、理设备投资大，运行能耗高的问题更突出。在国家“十五”重点科技攻关项目“生物能源生产关键技术”和工业界的共同支持下，大连理工大学、江南大学和广西科学院等单位开展了高浓度乙醇发酵的研究工作，取得了突破性进展，目前我国乙醇发酵技术发酵终点乙醇体积比浓度已经达到15%以上，工业生产装置连续发酵乙醇体积比浓度已经提高到12-13%，燃料乙醇生产的能耗显著降低。高温乙醇发酵技术进一步降低燃料乙醇能耗：酵母乙醇发酵一般在30-32C下进行，而循环冷却水在夏季高温季节无法达到冷却发酵装置需要的温度，燃料乙醇装置只能采用投资大且运行能耗高的制冷系统制备低温水来保持正常运行，高温发酵是解决这一问题的唯一选择，目前18、国内几套大型燃料乙醇装置的发酵温度已经提高到34以上。2、纤维素乙醇技术与欧美等发达国家相比，我国这一领域的基础研究和应用技术开发工作起步较晚。2004年国家973计划立项支持了“秸秆资源高值化关键过程的基础研究”，由中科院过程工程研究所联合山东大学、中科院微生物所和清华大学等单位承担，围绕秸秆组分分离机制及其反应性、纤维素氢键网络破裂和短纤维形成机制及秸秆分级转化过程工程基础理论等关键科学问题开展研究，取得的进展为秸秆类生物质预处理和综合利用技术的开发奠定了良好基础。2008年中科院知识创新工程重大项目“纤维素乙醇高温发酵和生物炼制”启动，经过二年多的努力，在原料预处理、纤维素酶生产菌株筛选19、及液体深层发酵、混合糖发酵菌株构建、技术集成与系统优化等方面都取得了较好研究进展。与此同时，浙江大学等单位在国家863项目支持下，真菌纤维素酶技术开发取得突破性进展，在50吨规模发酵罐中，标准滤纸酶活达到80 IU/ml以上，其技术指标与国外两大酶制剂公司诺维信（Novozymes）和杰能科（Genencor）的水平接近。3、1.5代燃料乙醇技术我国有大量不适宜于粮食作物生长的盐碱地和荒漠地，种植抗逆性强，生物量产量高，易于加工转化的作物如菊芋和甜高粱等，可以促使燃料乙醇产业向原料多元化方向发展。“十一五”期间，大连理工大学和复旦大学等单位开展了以菊芋块茎为原料生产燃料乙醇的研究，选育了具有菊20、粉酶生产能力且乙醇发酵性能良好的克鲁维酵母，开发了集产酶、糖化及乙醇发酵为一体的创新技术，目前利用大庆周边大量盐碱地的菊芋规模化种植及加工园区已经建立，为菊芋块茎生产燃料乙醇，创造了良好条件。甜高粱被公认为是光和效率高的能源作物，在国家“十一五”科技支撑项目的支持下，清华大学等单位开发了基于先进固体发酵技术的甜高粱茎秆一步法生物加工生产乙醇创新技术，解决了其工程放大问题，建立了127 M3规模的高效固体发酵反应器。4、生物柴油技术开发及产业化针对我国生物柴油产业发展面临油脂资源匮乏的实际情况，北京化工大学和中科院大连化学物理研究所等单位开展了利用微生物油脂的研究工作，筛选获得了富油微生物菌株，21、可利用淀粉和味精等行业废水、秸秆水解液、菊芋汁等廉价广谱原料发酵生产微生物油脂，2008年10月通过了由中国石油化工协会组织的成果鉴定，鉴定意见为：“以含糖废水生产油脂的中试装置，总体技术达到国际先进水平”。微藻光自养合成油脂可望成为生物柴油生产新的油脂来源，已经成为能源生物技术开发的前沿。华东理工大学等单位近年来先后开展了这一领域的研究工作，取得了良好进展。筛选获得了优质藻种，油脂含量可以达到干重的60%，开发了适宜于微藻高密度培养的光反应器，解决了反应器的工程放大问题，在微藻的低能耗采收，油脂高效分离，藻渣深加工等方面也开展了卓有成效的研究工作。在酶法生物柴油制备技术方面，北京化工大学、清22、华大学和四川大学等单位开展了大量的研究工作，开发了适合脂肪酸酯生产的专一假丝酵母脂肪酶，该酶是一种新脂肪酶，目前已在基因库中登记(ABG81956)，并获国家发明专利（专利号：ZL 200510112638.5），完成了生物柴油用脂肪酶的生产，该脂肪酶是目前国内外用于酯化合成性价比最好的脂肪酶，开发了新型酶膜反应器及酶的固定化方法，成功地用于生物柴油的酶法合成，该成果2005年获得中国石油化工协会技术发明一等奖，2008年获得国家技术发明二等奖。针对传统生物酶法工艺的瓶颈问题，清华大学提出了利用新型有机介质体系进行酶促油脂原料和甲醇进行生物柴油制备新工艺，从根本上解除了传统工艺中反应物甲醇及副23、产物甘油对酶反应活性及稳定性的负面影响，使酶的使用寿命延长了数十倍。该项目于2005年通过了教育部科技成果鉴定，经中石化石油化工科学研究院检测，制备的生物柴油，其品质达到了欧盟生物柴油和美国生物柴油标准。生物柴油生产过程副产10%左右的甘油，将其高值化利用生产高附加值产品不仅可以降低生物柴油的生产成本，而且能够减少废水处理的费用。清华大学和大连理工大学等单位将甘油生物转化为聚酯原料1，3-丙二醇，开发了具有自主知识产权的生物柴油与1，3-丙二醇联产技术及1，3-丙二醇发酵与分离耦合节能减排技术。5、生物燃气（沼气）生物燃气也称沼气，截至到2008年底，我国年产沼气已达120亿M3，一批科研院所24、和大专院校如中科院成都生物研究所、农业部沼气科学研究所和中国农业大学等都长期从事这一领域研究工作，在产甲烷菌群分离与鉴定、发酵工艺及产气调控、发酵过程种群动态变化监测、干发酵技术、大中型沼气工程等方面都取得了良好进展。在洁净生物燃气技术开发方面，中科院成都生物所与德国BEB公司合作，共同完成联合国工业发展组织示范项目“坦桑尼亚剑麻废液产沼气发电工程”和“古巴哈瓦那市20-30万户家庭有机垃圾沼气发电工程”，这两个工程均为高浓度全混式连续发酵工艺，综合了生物脱硫和多级生物调控等多项先进技术。中科院过程工程研究所在气体脱硫净化方面积累了丰富经验，开发了膜吸收脱硫关键技术，在天然气脱硫中的应用，可以25、将总硫和硫化氢分别脱除到0.1ppm以下，同时通过对脱硫机理的分析，针对精脱硫剂的寿命问题，开发了有效的再生手段，使脱硫剂的寿命显著延长。“十一五”期间，“新型高效规模化沼气工程”作为国家科技支撑计划重大项目获得支持，研究开发了“产甲烷菌剂”和“产沼气促进剂”等相关功能剂，提高了沼气装置的产气率，缩短了启动时间。6、长链醇生物燃料近年来，针对丁醇作为生物燃料对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单位，在国家973项目和中科院知识创新工程项目的支持下，开展了丙丁梭菌的遗传改造工作，获得了能够耐受约20 g/L丁醇浓度且溶剂合成能力提高的突变株，通过基因组重测、比较基因组学和比26、较蛋白质组分析，解析了与溶剂耐受、丁醇生物合成相关的重要分子基础和胁迫耐受性机制，构建了数株性能优化的基因工程菌，其中丙酮途径缺失的突变株，发酵总溶剂中丁醇比例提高15-20%，对葡萄糖的收率达到40%。与此同时，中科院大连化学物理研究所和大连理工大学等单位利用木质纤维素类生物质水解液和菊芋汁水解液生产丁醇的研究也取得了良好进展。在异丁醇和异戊醇生物制造方面，中科院天津工业生物技术研究所在大肠杆菌中成功克隆表达了异戊醇和异丁醇合成途径关键酶：2-酮基酸脱羧酶和醇脱氢酶基因，通过敲除大肠杆菌中其他丙酮酸竞争途径，提高了异戊醇和异丁醇的合成产率；利用适应进化技术筛选出异戊醇耐受性显著提高的突变菌株27、，其异戊醇耐受性从3 g/L提高到6 g/L；双向蛋白质电泳分析发现在高异戊醇耐受性菌株中有超过20个蛋白发生了上调或下调的表达变化；在大肠杆菌中成功组装出异丁醇和异戊醇的整条合成途径，构建出初级异丁醇和异戊醇细胞工厂。2,3-丁二醇是另一种潜在燃料，大连理工大学以秸秆水解液和菊芋水解糖为底物，发酵法生产2,3-丁二醇，发酵终点产物浓度可以达到80 g/L以上，为2,3-丁二醇生物燃料发展奠定了良好基础。（二）发展趋势 1、纤维素乙醇研发投入增加，技术开发和产业化进程加快随着淀粉质原料燃料乙醇的快速发展，玉米等粮食类原料大量消耗拉动其价格快速上涨，不仅直接影响燃料乙醇生产成本和原料的供给，而且28、潜在影响人类粮食安全，发展“非粮”燃料乙醇已成为世界各国的共同选择。以秸秆为代表的木质纤维素类生物质资源丰富，价格低廉，是大规模发展燃料乙醇的理想选择，因此纤维素乙醇成为当前研发的重点，研发投入不断增加。以美国为例，2007年2月DOE安排3.85亿美元支持6个以秸秆为原料采用不同技术路线的纤维素乙醇示范装置，2009年5月和12月DOE又分别安排7.86亿美元和5.64亿美元，支持生物能源和生物基化学品技术开发、中试和示范工程装置建设，其中大部分经费继续支持纤维素乙醇，其发展目标是到2012年进入商业化生产，纤维素乙醇在成本上能够与成品油竞争。当前纤维素乙醇技术发展的瓶颈仍然集中在纤维素酶和29、混合糖发酵菌株构建，前者决定原料预处理技术路线、设备投资和能耗，后者决定纤维素乙醇生产的原料消耗和综合能耗。世界上几大酶制剂公司包括丹麦的诺维信（Novozyme）、美国的杰能科（Genencor）、荷兰的帝斯曼（DSM）及研发机构如美国政府能源部可再生能源国家实验室（National Renewable Energy Laboratory, NREL）等均在纤维素酶技术开发方面投入巨大，目标是依托现代生物技术进展提供的先进方法和手段提高纤维素酶的效率和发酵水平，将纤维素乙醇生产中纤维素酶的成本从目前的每加仑约30美分降低到10美分以下。在混合糖发酵菌株构建方面，NREL和普度大学等研究机构分30、别构建了基于乙醇发酵运动单孢菌（Zymononas mobilis）和酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）的工程菌株，实现混合糖发酵生产乙醇，而英国的TMO Renerewables Ltd公司则开发了高温细菌（60-70C）连续发酵生产纤维素乙醇技术，并于2008年建立了一个适宜于多种原料特点的小型示范装置(Process Demonstration Unit, PDU)。2、能源微藻已经成为生物能源技术发展的前沿微藻是在海洋、湖泊等水体中分布广泛的单细胞植物，整个藻体都能光合作用，其光合效率可以高达10%，产油能力是油料作物如大豆、向日葵、油菜籽和棕榈树等的10倍以31、上，而且微藻培养不占用耕地，以CO2为碳源光自养生长（E Waltz. Biotechs green gold！ Nat. Biotechnol. 2009, 27:15-18）。因此，光自养微藻被认为是最有可能替代油料作物，为生物柴油产业发展提供大宗原料的选择。目前，世界范围内正在广泛开展微藻低成本培养及微藻油脂生产生物柴油技术的研究，在美国政府能源部2009年支持生物能源专项经费中，微藻生物燃料得到大力支持。3、长链醇类可望成为第二代生物燃料以丁醇为代表的长链醇作为燃料的性能优于乙醇，被认为是第二代生物燃料，但其对细胞的强毒性使发酵水平比乙醇低约10倍，因此目前丁醇的生产成本显著高于乙醇。32、国内外丁醇发酵的菌株均为梭菌（Clostridium sp.），发酵过程副产丙酮和乙醇，总溶剂量一般在2-3%，其中丁醇占60-70%。目前丁醇技术开发体现在两个方面：一是对现有菌株从不同层面，特别是基于基因组序列测定和解析提供的信息，对其进行改造，设法提高对丁醇的耐受性和发酵过程丁醇生成的比例；另一方面是基于酵母对醇类物质抑制具有良好的耐受性，如可以耐受20%以上的乙醇，对丁醇的耐受性也能够达到10%的特点，对酵母进行改造，将梭菌中的丁醇代谢途径转入酵母体系，如美国加州大学伯克利分校Jay Keasling教授正与英国石油公司BP合作开展这一研究工作，合成生物学的概念和方法也因此而产生。2033、09年BP又与美国杜邦（DuPont）合作建立了一个新的公司Butamax Advanced Biofuels，专门致力于丁醇技术开发。4、生物燃气正向车用燃料和洁净工业能源方向发展规模化沼气工程和相关技术近年来在国外迅速发展。据2006年统计，德国3800座农业沼气工程的发电装机总量为660 MW，到2010年德国的生物燃气将占总能源消耗的4以上。瑞典把沼气（Biogas）净化后得到甲烷，再压缩至200 kg/cm2作为汽车和火车燃料，在南部的Linkoping市76%的公交车和70%的出租车使用沼气，全国使用沼气的轿车已超过5000辆，建设加气站70多个。我国农村沼气技术占据国际领先地位，34、2008年户用沼气已经达到了120亿M3，规划到2020年我国工业沼气将发展到140亿M3，沼气将从边远农村进入城镇，沼气的应用也从过去户用燃料向车用燃气和工业燃料和原料发展。高效微生物菌种、微生物代谢调控技术、先进工艺装备等成为当前沼气规模化生产稳定高效运行技术的发展趋势。四、项目领域的战略分析、发展思路、本项目的总体目标及考核指标可再生能源是经济和社会可持续发展的必然选择，生物能源是可再生能源的重要组成部分，其中以燃料乙醇和生物柴油为代表的生物燃料，尽管其目前在能源消费构成中所占的比例还不大，但已被公认是替代石油基液体燃料如汽油、柴油和航油的唯一选择。生物能源生产原料必须是资源丰富，廉价易35、得，不影响生态多样性的农林废弃物，如以各类作物秸秆和畜禽粪便等为代表的木质纤维素类生物质资源，只有这样生物能源产业的大规模发展才不会引发诸如“与人类争粮油，与粮油争土地”的社会问题。然而，木质纤维素类生物质资源在自然进化过程中形成的对降解的强抗性，使生物能源产品的生产成本还很高，难以与石油基产品相竞争，但是现代生物技术的发展，特别是各种组学技术，已经为解析这一问题的机理，开发相应的策略，提供了先进的方法和手段。本项目的发展思路是依托现代生物技术进展提供的先进方法和手段，注重与工程技术的结合，最大限度地降低生物能源产品的生产成本，提高其与石油基产品的竞争能力。（一）总体目标开发淀粉质原料燃料乙醇36、节能减排新技术；研究甜高粱茎秆和菊芋块茎乙醇发酵技术，为燃料乙醇原料多元化提供技术支撑；建立原料预处理、纤维素酶和混合糖发酵菌株构建平台，支撑纤维素乙醇技术开发和产业发展，建立3个以秸秆为原料，技术路线上各有特色的万吨级规模纤维素乙醇示范工程；建立总面积10000 M2的新型高效低成本能源微藻光自养培养示范基地，配套建设包括微藻采收、油脂提取与转化生产生物柴油中试装置，建立千吨级微生物油脂生物柴油中试装置和适宜于广谱油脂资源的万吨级规模酶法生物柴油示范工程；建设日产洁净生物燃气10000 M3的示范基地，实现户用燃气向城镇居民集中供气、车用燃气生产或热电联产；培育2-3个产学研技术创新联盟，培37、养引进8-10名领军人才，申请100个左右发明专利，发表论文300篇左右，其中50%为SCI收录，培养博硕士研究生600人左右。（二）考核指标1、提高淀粉质原料发酵终点乙醇浓度和发酵温度，使发酵能耗降低40%，水耗降低20%；提高废糟液直接循环比例，促进清洁生产。2、开发甜高粱茎秆和菊芋块茎为原料的1.5代燃料乙醇技术，其生产成本与淀粉质原料可竞争，实现燃料乙醇生产原料的多元化。3、建立原料预处理、纤维素酶和混合糖发酵菌株构建平台，突破木质纤维素类生物质资源高效利用生产燃料乙醇的技术屏障。4、建立万吨级规模纤维素乙醇示范工程装置，实现稳定运行，纤维素乙醇生产成本与淀粉质原料燃料乙醇可竞争。5、38、突破富油微藻和微生物低成本培养、油脂提取和生物柴油制备关键技术；开发适宜于广谱油脂原料的酶法生物柴油生产技术，建立万吨级规模示范工程装置。6、提高生物燃气生产效率和装置运行技术经济指标，使其由传统的农村户用向城镇集中供气、车用燃气和工业热电联产转变。7、第二代生物燃料生产技术达到国际先进水平。五、主要研究内容本项目主要研究内容包括：基于酶和菌种改造的燃料乙醇节能减排技术；燃料乙醇原料多元化，即1.5代燃料乙醇关键技术；支撑纤维素乙醇发展的原料预处理、纤维素酶和混合糖发酵菌株构建平台技术；基于单元技术集成与优化的纤维素乙醇生产技术开发及示范；微生物油脂生产及生物转化制备生物柴油关键技术；微藻低成39、本培养及生物柴油规模化制备关键技术；酶法生物柴油工程化技术开发及示范；生物燃气生产菌群调控及高效产气关键技术；洁净生物燃气生产工程化技术开发及示范；第二代生物燃料生产关键技术。本项目共设置10个课题，现分述如下：课题1：基于酶和菌种改造的燃料乙醇节能减排关键技术对淀粉酶、糖化酶和酵母菌株进行改造，形成具有自主知识产权的产品和技术，使燃料乙醇生产能耗和成本进一步降低。研究内容：1、酶分子改造采用分子进化等酶分子改造方法，改造淀粉酶和糖化酶，提高酶解效率和工艺性能等。2、酿酒酵母菌种的选育和构建建立酿酒酵母菌种库，采用组学研究和代谢工程改造等方法选育构建耐高乙醇浓度和高发酵温度，发酵性能优良的生产40、菌株。3、基于废糟液直接循环使用的清洁生产技术研究废液循环比例对乙醇发酵的影响，在不影响乙醇发酵技术经济指标的前提下，提高废糟液直接循环使用的比例，促进清洁生产。预期目标：1、实现超高浓度发酵，成熟醪的乙醇含量达到18%（V/V）；2、提高菌株的高温耐受性，发酵温度达到38-40 C；3、燃料乙醇发酵能耗降低40%以上，发酵废液排放减少20%；4、专利技术成果8-10项，发表论文20-30篇，50%为SCI检索。相关工作基础及优势团队：广西科学院建有国家地方特色能源工程技术研究中心，国家非粮生物质能源工程技术研究中心，生物能源酶解技术国家重点实验室等多个国家级研究平台，是我国生物质能源研究与开41、发的主要研究机构之一，已承担并完成了多项国家和省部级重大研究项目，在高温淀粉酶分子改造方面取得良好进展，已克隆改造出活力比目前商品酶高数倍的-淀粉酶，筛选和构建了适合以废糖蜜或淀粉和蔗汁混合液为原料进行浓醪发酵的新型酵母菌株。大连理工大学长期从事乙醇发酵研究工作，承担并完成了多项国家863项目和科技攻关项目。2004年与丰原集团合作，建设了万吨级规模自固定化酵母乙醇连续发酵技术产业化示范工程装置，并在国家燃料乙醇试点工程建设中得到实际应用，2008年获教育部高等学校科学技术进步二等奖，承担国家863项目“自絮凝颗粒酵母高密度、高浓度和高强度乙醇连续发酵技术（2007AA10Z358）”，取得良42、好进展。创新点和突破点：1、采用分子进化等酶分子改造方法，对淀粉酶进行改性；2、在阐明高浓度乙醇对抑制酵母细胞的抑制作用及反应机制基础上，构建耐受乙醇浓度18%（v/v）以上的菌株。课题2：一步法生物加工1.5代燃料乙醇关键技术及示范以甜高粱茎秆和菊芋块茎为原料生产燃料乙醇，解决一步法生物加工（CBP）的关键技术和工程放大问题。研究内容：1、甜高粱茎秆和菊芋块茎预处理及贮藏技术采用物理、化学、生物等方法对收获的甜高粱茎秆和菊芋块茎进行预处理，其成本和品质满足燃料乙醇生产要求。2、一步生物加工法直接发酵生产乙醇技术研究甜高粱茎秆固体发酵生产乙醇的关键科学问题，如菌体微生物学特性及传质传热机制等；43、对菊芋块茎原料生产燃料乙醇，开发同步产酶、酶解和乙醇发酵创新技术，并在动力学水平进行优化。3、糟渣治理综合利用清洁生产技术分析甜高粱秆发酵糟渣营养成分，为饲料产品开发提供指导；对菊芋块茎原料乙醇发酵废糟液，开发厌氧发酵生产沼气、消化液曝气处理后达标排放及污泥焚烧处理技术，实现清洁生产。4、技术集成及工程放大针对物料特殊性，开发甜高粱茎秆固体发酵反应器和菊芋块茎液体深层发酵反应器的工程放大技术。预期目标：甜高粱茎秆生产燃料乙醇1、发酵时间小于40小时，发酵后残总糖0.8%，乙醇收率90%；2、建设3万吨/年规模燃料乙醇示范工程装置；3、专利技术成果4-5项，发表论文10-15篇，50%为SCI检44、索。菊芋块茎生产燃料乙醇1、乙醇浓度达到10%（v/v），发酵时间60小时，乙醇收率90%；2、废糟液在发酵系统直接循环使用的比例达到30%；3、建设1万吨/年规模燃料乙醇示范工程装置；4、专利技术成果4-5项，发表论文10-15篇，50%为SCI检索。相关工作基础及优势团队：清华大学研究开发的一步生物加工甜高粱秆生产乙醇技术，在国家“十一五”科技支撑项目支持下取得良好进展，目前已在内蒙古特弘生物有限责任公司建立了反应器容积规模127 M3的中试装置。大连理工大学自2005年开始开展盐碱地种植收获的菊芋块茎原料生产乙醇的研究工作，与复旦大学等合作，选育了具有菊粉酶生产能力且乙醇发酵性能优良的克45、鲁维酵母，开发了集产酶、糖化和发酵于一体的创新技术，2009年与大庆九环菊芋生物产业有限公司合作，依托当地盐碱地资源，开展菊芋规模化种植及加工园区建设，为承担本课题研究工作奠定了良好基础。创新点和突破点：1、采用一步法整合生物加工策略，不消耗酶制剂，过程简单经济是本课题的创新点；2、选育获得具有集产酶、秸秆纤维素酶解或菊粉酶解和乙醇发酵于一体的高效菌株则是突破点。课题3：预处理、纤维素酶和混合糖发酵菌株构建平台技术开发低能耗高效原料预处理技术；基于纤维素酶生产菌株基因组序列测定及解析提供的信息，对其进行改造，优化纤维素酶各组分的组成，提高纤维素酶解效率；在揭示五碳糖代谢和抑制物耐受性这些由多基46、因控制生理性状复杂分子机制的基础上，对菌株进行代谢工程改造，构建高效利用木质纤维素水解液或直接利用纤维素原料生产乙醇的工程菌株。研究内容：1、与纤维素酶特征适配的低能耗高效预处理技术阐明预处理与原料组分和结构之间构效关系，研究纤维素酶解对原料预处理的要求，开发能耗低、糖损耗小、影响酶解和发酵的毒副产物少，适宜于大规模生产应用的先进预处理技术。2、建立新的纤维素酶制剂评价体系滤纸或CMC酶活都是基于纤维素酶水解纯底物，无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，因此需要建立针对天然木质纤维素底物的复合纤维素酶系评价方法。3、纤维素酶系组分的合成调控和高效复合酶制剂的发酵生47、产在研究揭示真菌纤维素酶合成代谢机理的基础上，提高酶系总表达量，另一方面，研究通过代谢工程或发酵工程手段，调节降解酶系组成的新方法，生产酶系得到改良的高效复合纤维素酶制剂。4、微生物降解木质纤维素酶系的解析和高效降解酶系的复配研究不同酶组分与纤维素底物间相互作用及不同酶分子间协同作用机制，确定影响酶解效率的因素，为复配高效降解酶系奠定基础。5、木糖代谢机制研究和菌株的戊糖己糖共代谢改造研究树干毕赤酵母和马克斯克鲁维酵母等高效利用木糖菌株木糖转运，木糖代谢关键途径和调控蛋白，揭示其机制，建立乙醇生产菌株中导入木糖代谢途径的策略，构建能高效利用木糖和葡萄糖发酵生产乙醇的混合糖发酵菌株。6、菌株抑制48、物耐受机制研究通过基因组学、转录组学和蛋白质组学方法，阐明菌株对抑制物耐受的分子机制，开发提高其抑制物耐受性的改造策略，提高乙醇生产菌株对木质纤维素水解液毒性副产物的耐受性。7、新型嗜热乙醇菌和热纤梭菌的遗传改造已经发现嗜热厌氧乙醇杆菌能够直接利用纤维素，与热纤梭菌混合发酵后乙醇生产水平得到提高，但发酵周期长，乙醇发酵浓度和速率慢。拟通过功能基因组学分析和基因组规模代谢网络及调控网络的建模，解析对乙醇生产具有重要作用的基因及其调控表达机制，开发新型遗传操作系统，对重要调控位点和乙醇代谢反馈抑制位点进行改造，提高菌株生产乙醇的水平。预期目标：1、开发能耗低、糖损耗小、影响酶解和发酵的毒副产物少，49、适宜于大规模生产应用的先进预处理技术；2、制定以预处理后木质纤维素为底物的纤维素酶评价方法；3、纤维素酶液体深层发酵滤纸酶活（国际单位）达到120 IU/ml，其中纤维二糖酶（国际单位）达到 5 IU/ml；4、万吨级规模纤维素乙醇装置的吨燃料乙醇生产用纤维素酶成本与目前水平相比降低50%，达到800元以下；5、预处理后秸秆类生物质发酵全糖利用率达到90%；6、乙醇对全糖收率为理论值的85%以上；7、发酵终点乙醇体积比浓度达到8%，平均发酵时间不超过60 h；8、专利技术成果20-30项，发表论文30-40篇，50%为SCI检索。相关工作基础及优势团队：中科院过程工程研究所在国家973项目支持50、下，围绕秸秆组分分离机制及其反应性、纤维素氢键网络破裂和短纤维形成机制及秸秆分级转化过程工程基础理论等关键科学问题开展研究， 为开发低能耗高效预处理技术奠定了良好基础。浙江大学、山东大学、中科院微生物研究所等单位长期从事纤维素酶的基础研究和应用技术开发，筛选获得了产酶水平高菌株，在50 M3发酵罐液体深层发酵生产纤维素酶的滤纸酶活（FPA）已经达到80 IU/ml，并在河南天冠和安徽丰原集团的纤维素乙醇示范工程中得到应用。早在2005年，大连理工大学就与山东大学合作，开展基于胁迫耐受性好的自絮凝酵母构建混合糖发酵菌株的研究工作。创新点和突破点：1、阐明预处理与固相底物之间的构效关系，为解决木质51、纤维素类生物质资源生产燃料乙醇的源头问题奠定了基础；2、在解析菌株基因组信息的基础上，进行基因工程改造，提高纤维素酶中纤维二糖酶活性，获得高效复合纤维素酶；3、在阐明菌株多基因调控木糖代谢和胁迫反应机理基础上，构建抗胁迫的混合糖发酵菌株，降低纤维素乙醇生产的原料消耗。课题4：纤维素乙醇技术开发及万吨级规模产业化示范形成包括原料的收集、储运、预处理、酶解、发酵、乙醇精馏和三废处理等一套流程合理完整、技术创新可靠、经济可行且具有自主知识产权权的专有技术，设计并建设万吨级规模纤维素乙醇装置。研究内容：1、秸秆类原料收集物流体系研究和大规模采收设备的研制；2、高效低成本秸秆预处理技术、工艺和设备；3、52、酶解工艺的改进与优化，降低纤维素酶的消耗；4、构建耐高温和抑制物的混合糖发酵高产菌株，优化发酵条件；5、开发适应纤维素乙醇醪液物性的乙醇精馏工艺；6、废水废渣的资源化开发，实现生物质资源的全量利用；7、单元技术集成与系统优化，工程放大技术及设计工艺包开发。预期目标：1、全糖利用率达到90%以上，乙醇对全糖得率达到85%；2、发酵终点乙醇浓度达到7%（v/v），平均发酵时间60 h；3、建成万吨级规模纤维素乙醇示范工程装置，吨乙醇干基秸秆原料消耗6吨，成本可与淀粉质原料燃料乙醇竞争；4、专利技术成果8-10项，发表论文5-6篇，50%为SCI检索相关工作基础及优势团队：在国家973、863和科技53、支撑项目及中科院知识创新重大项目支持下，我国纤维素乙醇基础研究和应用技术开发都取得一定进展，河南天冠和安徽丰原分别建设了万吨级规模纤维素乙醇示范工程装置，中粮集团与诺维信公司合作，建立了500吨规模的中试装置，这些工作为进一步提高我国纤维素乙醇技术水平，降低成本奠定了良好基础。创新点和突破点：1、在单元技术集成基础上的系统优化，是本课题的突出创新点；2、最大限度降低纤维素乙醇成本，使其能够与淀粉质原料燃料乙醇竞争，是实现示范工程装置稳定运行的突破点。课题5：低成本微藻光自养培养及油脂制备关键技术开发及示范以微藻生物柴油规模化生产为目标，在集成优化的基础上建立中试规模装置，对系统的技术经济指标进54、行评价。研究内容：1、获得具有速生、富油和抗逆等优良特性，适于户外规模化培养的能源微藻优良藻种；2、高效能源微藻光自养培养系统开发与放大；3、微藻低成本采收、油脂提取及生物柴油制备技术开发与放大；4、糟渣高附加值组分的分离提取及深加工；5、微藻生物柴油规模化制备系统集成优化与成本分析。预期目标：1、选育2-3株适合户外规模化培养，速生、富油和抗逆优良藻种；2、光生物反应器藻细胞密度达到4 g/l，细胞产率达到0.6 g/l/d；3、用于规模化培养的户外敞开式光自养培养系统单个面积达到500 M2，藻细胞产率达到0.3 g/l/d，油脂产率达到100 mg/l/d；4、微藻细胞采收率不低于80%55、，微藻油脂提取率不低于90%，转酯率不低于95%；5、建成总面积不低于10000 M2的高效低成本微藻光自养系统及包括微藻采收、油脂提取与转化，年产生物柴油10吨的示范装置；6、专利技术成果10-15项，发表论文20-30篇，50%为SCI检索。相关工作基础及优势团队：华东理工大学和中科院青岛能源所等单位在能源微藻低成本培养生产生物柴油领域开展了卓有成效的研究工作，开发研制了适宜于藻种培养的平板式和圆柱形二大系列光生物反应器，选育了油脂含量高达60%的优良藻种，在户外敞开式系统中培养8天藻细胞密度达3 g/l以上，藻体油脂含量达40%。创新点和突破点：1、人工光反应器藻种培养和户外自然光大规模56、培养的生产模式是本课题的技术创新；2、微藻细胞高密度培养和低成本采收是本课题的突破点。课题6：低成本富油微生物培养及油脂制备关键技术及示范针对含糖富营养化废水，开发产油微生物高效培养生产油脂关键技术，为我国生物柴油产业可持续发展开辟新的油脂原料来源。研究内容：1、高效转化富营养化废水油脂微生物菌种选育和发酵工艺优化选育能够利用富营养化废水及农作物秸秆水解液合成油脂的微生物菌株，研究油脂合成代谢机制，提高油脂对糖的收率和油脂含量。2、产油微生物高效低成本采收及油脂提取技术研究差速离心、絮凝、气浮等采收技术及相互适配、协同作用机制，研究菌体破壁和油脂提取技术及对生物柴油品质的影响，开发微生物油脂生57、物柴油生产工艺。3、高效定向合成生物柴油基因工程微生物构建及发酵工艺优化对生物柴油用脂肪酶菌种进行改造，提高有机溶剂耐性和中长链脂肪酸酯催化活性和专一性；构建直接合成生物柴油及生产含特定脂肪酸组成的工程菌株，研究基因工程菌株合成生物柴油的培养条件及生产和遗传稳定性等。预期目标：1、产油微生物耐盐超过30 g/l，干基油脂含量60，降解废水COD 50-90；2、开发出产油微生物高效低成本采收、破壁及油脂提取工艺，细胞采收率90%，油脂提取率90%，品质符合生物柴油原料标准；3、建立1000吨/天富营养废水超低排放、产油微生物培养及油脂制备示范装置1套，实现发酵后废水90循环使用，整个工艺经济上58、可行，比普通植物油脂成本低20以上；4、构建1-3株直接合成生物柴油的基因工程菌，直接发酵制备生物柴油产率达到5 g/l；5、以发酵液中总还原糖计算，油脂的质量收率达20%，菌体油脂含量60%，油脂生产强度0.8 g/l/h；6、建立以作物秸秆为主要原料，年产1000吨微生物油脂生物柴油示范工程装置，秸秆生物柴油得率达到10%；7、构建3-5株生产特定脂肪酸的产油酵母工程菌株，进一步改善微生物油脂和生物柴油的品质和技术经济性；8、专利技术成果10-15项，发表论文20-30篇，50%为SCI检索。相关工作基础及优势团队：北京化工大学2004年开始研究利用微生物发酵生产油脂，筛选得到了系列富含油59、脂微生物，利用含糖有机废水和高粱秸秆汁等廉价原料生产微生物油脂，已申请国家发明专利2项，2008年10月通过中石化协会的技术鉴定，鉴定意见：“以含糖废水生产油脂中试装置，总体技术达到国际先进水平”。中科院大连化物所利用产油微生物转化碳水化合物制取油脂新技术的研究也取得良好进展，目前正在开展产油酵母菌的遗传操作平台构建和油脂积累代谢机制等方面的工作。创新点和突破点：1、富油微生物培养生产微生物油脂解决我国生物柴油发展面临的油脂资源匮乏瓶颈问题；2、利用淀粉和味精等行业排放的含糖有机废水，生产微生物油脂的同时可去除污染物，促进这些行业的清洁生产。课题7：适于广谱油脂原料的酶法生物柴油技术开发及示范60、开发适宜广谱油源的生物柴油生产专用酶制剂、酶催化剂成型制备技术、配套的原料处理工艺、反应器和分离工艺等，降低酶催化剂生产成本和生物柴油加工成本、能耗和三废排放，建设适用于多元化广谱油脂原料的酶法生物柴油清洁生产和示范工程。研究内容：1、高效广适性酶制剂的筛选改造和生产关键技术脂肪酶高效表达、筛选和发酵工艺，固定化载体的开发和高效固定化方法，低成本、高产量的脂肪酶加工制造和成型关键技术，重点突破催化效率高、广适性好、成本低的工业用脂肪酶技术。2、低成本广谱油料原料的酶法清洁生产关键技术开发适用于广谱油源的酶法催化工艺，包括原料预处理、酶催化转化，甘油等副产物的富集和回收，新型连续酶催化反应器，高61、效节能分离提取工艺，过程废水的低能耗处理等。3、万吨级酶法生物柴油示范工程项目的建立建立适用于广谱油源，包括原料预处理、酶催化反应装置、配套的分离提取、产品调质、副产物高效回收等在内的示范工程装置。预期目标：1、开发适用于广谱油源的生物柴油生产专用脂肪酶，发酵酶活大于10000 U/ml，生产成本低于100元/kg，酶催化剂寿命大于3个月;2、生物柴油酶法转化率95%以上，产品质量符合国标BD100；3、建设1万吨/年酶法生物柴油清洁生产示范装置；4、副产甘油高值化利用，使生物柴油生产成本降低20%；5、三废排放低于化学法30%以上，能耗小于化学法30%以上；6、专利技术成果8-10项，发表论62、文10-15篇，50%为SCI检索。相关工作基础及优势团队：北京化工大学经过多年选育，得到了适合脂肪酸酯的专一性的假丝酵母脂肪酶，获得国家发明专利（ZL 200510112638.5），目前已完成生物柴油用脂肪酶的生产，该脂肪酶是目前国内外用于酯化合成性价比最好的脂肪酶，产品质量和成本明显低于商业化脂肪酶，在此基础上自主开发了新型酶膜反应器及酶固定化方法，成功地用于生物柴油的酶法合成，获得2005年中国石油化工协会技术发明一等奖，2008年国家技术发明二等奖。创新点和突破点：1、开发适宜于广谱油源的生物柴油生产技术和装置降低油脂原料变化的风险是本项目的创新点；2、高效低成本固定化脂肪酶是本项目63、的突破点。课题8：生物燃气菌群调控及高效产气关键技术生物燃气发酵系统微生物种群监测、功能微生物菌种选育与菌剂开发和发酵过程多维调控，建立产酸控制模式等创新技术及生物燃气菌群调控及高效产气技术体系，为其高效生产与应用提供技术支撑。研究内容：1、生物燃气发酵系统微生物种群监测技术借助DGGE、TGGE和基因文库等微生物分子生态学技术，分析监测生物燃气发酵系统中微生物种群结构及动态变化过程，解析其生态演替规律与优势丰度，建立一套简便快速的微生物种群结构监测技术。2、生物燃气功能微生物菌种选育与菌剂开发分别选育各阶段优势菌种，组建功能微生物菌种资源库，从微生物生态学、耦联协同代谢理论、微生物种群的生物64、协同作用理论出发，构建适配菌剂，建立基于微生态与功能互补的多元化菌剂品系。3、生物燃气发酵过程外源激活因子筛选与助剂开发针对产甲烷、水解两个关键阶段，筛选出对其有促进作用的外源激活因子并进行组配，研制出生物燃气发酵助剂，着重考虑助剂在低温下的促气效果，解决冬季沼气发酵过程中产气速率慢等瓶颈问题。4、生物燃气发酵过程多维调控技术研究投加菌剂和助剂后各发酵阶段微生物种群的优势丰度及有机物质降解动力学，以产气率、产气速率和启动时间为评价指标，研究各工艺参数对产气的影响，建立生物燃气生产的工艺调控技术体系。5、生物燃气发酵过程微生态系统构建通过提取厌氧发酵各个过程中总DNA，采用分子生物学手段进行扩增65、和分离，检测和鉴定出各个过程中特征微生物组成，以及各微生物群落在厌氧发酵过程中的丰度变化；通过调控反应器运行方式及添加外加因子等手段，富集和强化各特征微生物，促进厌氧消化全过程效率，最终构建厌氧发酵过程的微生态系统。6、生物燃气发酵过程中小分子有机酸调节和控制技术分析与乙酸、丙酸、乳酸和丁酸等代谢相关特征微生物种群和丰度，以及丙酸/乙酸比值、丁酸浓度与厌氧发酵过程中甲烷产量的关系，阐明厌氧发酵过程中微生物、有机酸代谢和甲烷形成的机制，通过提高微生物耐酸性能及反应条件控制等策略建立产酸控制模式。7、生物燃气高效产气技术集成集成优化各技术模块，建立完整的生物燃气高效产气技术体系。预期目标：1、开发66、1套以DGGE、TGGE和基因文库等技术为核心的简便快速的生物燃气发酵系统微生物种群监测技术。2、选育快速解聚合难生物降解固体原料的微生物菌种8-10株；选育高效产甲烷菌株3-5株；3、开发调控生物燃气发酵的功能微生物菌剂2-4种，助剂1种；4、建立生物燃气发酵过程多维调控技术体系1套；5、获得厌氧发酵过程中小分子有机酸的数量和种类分布，建立产酸与产甲烷关联性控制模式1套；6、对各技术集成优化，为示范工程建设提供技术支撑；7、专利技术成果15-20项，发表论文20-30篇，50%为SCI检索。相关工作基础及优势团队“十一五”期间，中科院成都生物研究所等单位在国家科技支撑项目支持下，研究了沼气发67、酵菌株代谢协同作用机理，开发了原料预处理复合菌剂，与产甲烷菌配伍开发了产甲烷菌复合菌剂，产气量提高约1.6倍，燃气中甲烷含量显著提高；以厌氧干发酵系统为研究对象，采用DGGE分子生物学技术，构建了适合厌氧发酵系统微生物种群监测技术；系统研究了菌剂投加后厌氧发酵系统微生物种群变化规律和区系分布情况，研究了菌剂投放方式、投加量和投加时间等工艺参数的影响，开发了高浓度CSTR与低浓度UASB联合沼气生产技术。江南大学在国家自然科学基金“小分子有机酸在固态厌氧发酵产甲烷过程中作用机制研究”的支持下，研究了产甲烷过程中微生物种类和分布情况，对特征微生物产生的小分子有机酸种类和比例对产甲烷效率的影响进行了68、分析，发现除了丙酸/乙酸比值对产甲烷有影响，丁酸的产量也是指示甲烷含量的一个重要因子。创新点和突破点：1、开发基于微生物种群调控技术克服目前沼气生产调控难，产气不稳定的问题，是本课题的创新点；2、在研究种群厌氧发酵条件下代谢特征基础上，建立快速准确的微生物种群监测方法，是本课题的突破点；3、分析沼气发酵过程中与产酸和产甲烷有关的小分子有机酸，并通过调控有机酸的种类和分布，从而提高产甲烷能效率，是本课题的突破点。课题9：洁净生物燃气生产过程优化及示范在从原料到产品全过程关键技术的创新与集成优化基础上，开发成套洁净生物燃气生产技术，建立示范工程装置，提升生物燃气使用范围与价值，增强我国生物燃气在能69、源消费中的比例。研究内容：1、氢分压调控技术通过原料和工艺调控等多途径对发酵器内的氢分压进行调节，优化氢分压参数，从而优化厌氧发酵系统，提高生物燃气中的甲烷含量。2、厌氧发酵工艺调控技术采取从微生物菌群、发酵底物配比、进出料方式等多层次调控策略，对生物燃气生产进行优化，在厌氧发酵系统形成一个稳定、协调与高效的反应状态，进一步提高生物燃气产率和甲烷含量。3.高效产甲烷反应装置开发设计和开发针对不同底物厌氧消化反应装置,分析反应器形状、搅拌装置和回流设备等对底物在反应器中流动状态、分布规律、混合程度、酸化速率、产气效率等的影响，获得反应器结构形式和操作优化参数，开发出高效产甲烷反应装置。4、原位低70、硫沼气生产技术利用凝胶梯度电泳、宏基因组等研究手段，通过生物与化学调控技术，减少厌氧反应过程中的硫化氢产生；并利用二级硫化氢去除方法在发酵装置内实现硫化氢的原位去除，从而实现原位低硫沼气生产。5、开发高效生物燃气脱硫净化技术针对生产场所臭气含有多种成分，单一方法难以完全脱臭，在物理吸附除臭和生物除臭单元设备开发的基础上，开展物理吸附-生物除臭组合设备研究，研究臭气组成和浓度对组合设备的影响，优化组合设备各项参数，并用于示范工程，实现臭味气体最大限度的脱除。6、沼渣沼液配套完善技术设计和建造储液池以适应沼渣沼液的全年使用，研究储液池的结构、型式及物料在池中的流动状态等，完善厌氧罐与储液池的过渡和71、衔接环节；通过对沼渣沼液的肥效成分如氮、磷、钾等分析，研究其合适的肥用对象；构建沼渣沼液系统，使得整个生物质废弃物处置完整持续，且实现处理流程的生态性。7、工程放大和工程示范建设在技术集成和小试、中试基础上，进行工程示范建设。针对发酵物料流动和输送性能差、需要大量发酵料的回流防止酸化等问题，开发高压气体输送与机械输送配合的进料和物料回流设备，开发反应器的自密封螺旋出料设备，研究进、出料管道的接口结构，实现发酵物料稳定的进料、出料和回流，通过调试、工艺优化，运行管理等方式建立生物燃气示范工程，在示范工程的基础上进行推广应用。预期目标：1、研发出高浓度混合原料生物燃气生产高效工艺包，进料浓度10%72、，容积产气率1.5；2、开发生物燃气净化技术，净化后甲烷含量95%，甲烷回收率90%，H2S去除率95%；3、开发出高效生物燃气反应装置1-2套；4、开发出沼渣沼液储存系统，获得不同生物质废弃物消化后的肥效成分。建立沼渣和沼液农用回田模式，与农业季节性生产过程相结合的环境条件，施肥标准等，建立健全1套完善的后续处置系统；5、建立日产洁净生物燃气10000 M3的示范工程；6、专利技术成果8-10项，发表论文8-10篇，50%为SCI检索。相关工作基础及优势团队：中科院过程工程研究所在气体脱硫净化技术方面积累了丰富经验，开发了膜吸收法脱硫关键技术及吸附-催化-转化-干法脱硫剂，并在天然气脱硫和工73、业气体脱硫等领域应用，制备了性能优良的精脱硫剂，可以将天然气中总硫和硫化氢均脱除到0.1ppm以下，通过对脱硫机理的研究，针对精脱硫剂的寿命问题，开发了有效的再生手段，使脱硫剂的寿命大幅度延长。江南大学在江苏省太湖专项“蓝藻无害化处理与资源化综合利用技术”及江苏省高技术研究计划“小城镇主要废弃物生物质能转化技术”的支持下，对高效厌氧反应器进行了开发与应用，获得了多项专利技术成果。在国家科技支撑计划项目“蓝藻机械打捞及无害化资源化关键技术研究与示范”支持下，通过“产学研”合作，与企业建立了日处理蓝藻100吨的示范工程，厌氧装置达到3500 M3，日最大产沼气量约3000 M3，对渣沼液进行了有效74、成分、微量元素等的分析，并进行了林地施用。创新点和突破点：1、产气调控的原位脱硫和后净化脱硫结合是本课题的创新点；2、阐明沼气发酵过程H2S生成代谢机制，开发适宜于生物燃气特点的膜吸收脱硫技术，是本课题的突破点；3、开发针对不同底物特性的反应装置是解决产气效率低的有效手段，也是本课题的突破点。课题10：长链醇生物燃料生产关键技术及示范针对目前长链醇类生物燃料成本高的问题，拓展其生物制造的底物范围，使其能够利用非粮类廉价原料进行生产，提高产量、产率和底物收率，开发先进分离耦合技术，提高生产强度，降低能耗。研究内容：1、在丙丁梭菌、大肠杆菌和酿酒酵母等模式微生物细胞中重构丁醇、异丁醇、2,3-丁二75、醇、异戊醇等长链醇的生物合成途径。2、从代谢途径关键酶基因、启动子、转录调控因子、以及基因组规模上的随机突变及重组等角度，研究菌株环境胁迫耐受性。3、运用代谢工程和系统生物学技术，拓展菌株底物利用范围，使其能利用各种来源的生物质资源高效生产长链醇类生物燃料。4、开发分离耦合技术，降低能耗，减少废糟液量，促进清洁生产。预期目标：1、木质纤维素类生物质水解液发酵总溶剂达到15 g/l以上，丁醇比例达到70%，发酵时间不超过70 h，丁醇对糖的收率达到20%。2、菊芋块茎水解糖发酵总溶剂达到30 g/l，其中丁醇比例达到70%，发酵时间70 h，丁醇对糖的收率达到20%。3、木质纤维素类生物质水解液76、异丁醇发酵达到20 g/l，糖转化率达到35%；异戊醇达到10 g/l，糖转化达到30%；2，3-丁二醇达到80 g/l，糖转化达到30%。4、专利技术成果20-30项，发表论文30-40篇，50%为SCI检索。上述各长链醇生物燃料品种均建立百吨级规模中试装置，评价其生产的技术经济指标。相关工作基础及优势团队：中科院上海植物生理研究所等建立了适用于丙丁梭菌随机突变技术和高通量筛选方法，获得了能够耐受丁醇浓度19 g/L且溶剂合成能力强的突变株，解析了与溶剂耐受和丁醇合成相关的分子基础，构建了性能优化的工程菌株，总溶剂中丁醇比例提高15-20%，丁醇对糖转化率达到40%，获得了能利用木质纤维素水77、解液生产丁醇的工程菌株。大连理工大学利用菊芋水解液生产丁醇的研究也取得了良好进展。中科院天津工业生物技术研究所在大肠杆菌中克隆表达了异戊醇和异丁醇合成途径关键酶2-酮基酸脱羧酶和醇脱氢酶基因，敲除了大肠杆菌中其它丙酮酸竞争途径，提高了异戊醇和异丁醇的产率，对比分析了大肠杆菌对异戊醇和异丁醇的耐受性，发现其对异丁醇的耐受性比异戊醇高一倍多，利用适应进化技术筛选出异戊醇耐受性显著提高了的突变菌株，突变菌的异戊醇耐受性从3 g/l提高到6 g/l，双向蛋白质电泳分析发现在高异戊醇耐受性菌株中有超过20个的蛋白发生了上调或下调的表达变化，在大肠杆菌中成功组装出异丁醇和异戊醇的整条合成途径，构建出初级异78、丁醇和异戊醇细胞工厂。创新点和突破点：1、利用系统生物学和合成生物学方法，重构长链醇代谢途径，解决其发酵生产浓度低和产量低的问题，是本课题的创新；2、开发利用廉价原料是长链醇类第二代生物燃料发展的突破点。六、项目主要的创新点和突破点（一）创新点1、依托现代生物技术进展，特别是基于基因组序列测定和解析提供大量信息的基础上，建立纤维素酶和混合糖发酵菌株构建平台，为纤维素乙醇及生物基化学品开发提供技术支持。2、从富油微生物和微藻低成本大规模培养入手，解决我国生物柴油产业发展面临油脂资源不足的瓶颈问题。3、生物燃气从分散农村户用向城镇集中供气、车用燃气和工业热电联产方向发展，提高其在能源消费中的比例。79、4、发展系统生物学和合成生物学方法，重构长链醇类第二代生物燃料合成途径，实现其成本降低的目标。（二）突破点1、超高浓度和高温发酵技术及基于废糟液直接循环使用的清洁生产技术，是淀粉质原料燃料乙醇生产节能减排的突破点。2、高效低成本纤维素酶和高效混合糖发酵菌株是纤维素乙醇技术的突破点。3、富油微生物和微藻高效低成本大规模培养技术，是为生物柴油产业开发新油脂资源的突破点。4、基于产气菌群表征与调控的原位脱硫洁净燃气高效生产和下游低成本脱硫净化技术是发展洁净生物燃气，使其从分散农村户用向城镇集中供气、车用燃气和工业热电联产方向发展，提高在能源消费中比例的突破点。七、项目实施年限、经费需求、课题组织实施80、方式（一）起止年限项目实施起止年限：2011-2015。（二）经费需求本主体项目申请国家拨款1.5亿元，主要用于科技开发，地方和部门配套1.0亿元，企业投入2.0亿元，总投入4.5亿元。（三）课题组织实施方式 1、政府决策和专家咨询相结合，成立以首席科学家为核心的项目专家组，做到专家咨询和政府决策的统一和协调。2、项目采取“择优委托”与“公开招标”相结合的方式，对以产品为主的项目采用“择优委托”的方式。3、项目实施过程中建立产学研战略联盟，将优势大企业、基础好的大院大所及高水平专家组织起来，优势互补，联合攻关。4、项目组织实施过程中注重行业部门和地方的联动，地方和部门的相关项目将与本项目相衔接81、。5、强化课题研究与示范建设的有机结合，避免重复。技术创新和产品研发课题要为示范工程建设提供支持，以保证突出重点。6、加强国际合作，结合本项目的实施，同国际上生物能源技术研究与产品开发及产业化水平较高的美国、英国、欧盟、日本以及与中国国情相近的巴西和印度等国家的合作。附件：1、课题设置列表序号课题名称主要目标研究内容课题承担单位选择方式主要承担/优势单位建议申请国拨经费(万)配套及自筹经费(万)1基于酶和菌种改造燃料乙醇节能减排关键技术1）发酵终点乙醇浓度达到18%（v）；2）发酵温度达到40C；3）乙醇发酵能耗降低40%，废液排放减少20%1）酶分子改造；2）酿酒酵母菌种选育和构建；3）废糟82、液直接循环使用清洁生产技术定向委托广西科学院广西大学大连理工大学江南大学100002一步法生物加工1.5代燃料乙醇关键技术及示范1）甜高粱茎秆发酵时间40 h，乙醇收率90%，建设3万吨/年规模示范工程；2）菊芋块茎发酵乙醇浓度10%（v），发酵时间60 h，乙醇收率90%，建设1万吨/年规模示范工程1）甜高粱茎秆和菊芋块茎贮藏技术；2）一步生物加工法直接生产乙醇技术；3）糟渣治理综合利用清洁生产技术；4）技术集成及工程放大定向委托清华大学复旦大学大连理工大学100030003预处理、纤维素酶和混合糖发酵菌株构建平台技术1）纤维素酶评价方法；2）液体深层发酵滤纸酶活达到120 IU/ml，纤维83、二糖酶达到5 IU/ml；3）纤维素乙醇酶成本降低50%，达到800元以下；4）生物质发酵全糖利用率达到90%；5）乙醇对糖收率为理论值的85%以上；6）发酵终点乙醇浓度8%（v），平均发酵时间不超过60 h1）纤维素酶制剂评价体；2）纤维素酶组分合成调控和高效发酵生产；3）纤维素酶系解析和高效降解酶系复配；4）混合糖发酵菌株构建；5）菌株抑制物耐受机制研究；6）新型嗜热乙醇菌和热纤梭菌遗传改造定向委托中科院过程所中科院微生物所南京南工业大学大连理工大学山东大学浙江大学清华大学125004纤维素乙醇技术开发及万吨级规模产业化示范1）秸秆全糖利用率90%，乙醇对全糖得率85%；2）发酵乙醇浓度784、%（v），平均发酵时间60 h；3）建成万吨级规模纤维素乙醇示范工程装置，吨乙醇秸秆原料消耗6吨，成本可与淀粉质原料燃料乙醇竞争1）原料采收、预处理、纤维素酶解、混合糖发酵、发酵醪液精馏及废水废渣资源化利用等单元技术；2）单元技术集成与系统优化，工程放大技术及设计工艺包的开发定向委托天冠集团丰原集团中粮集团中科院天津工业生物技术所南京工业大学等450018000序号课题名称主要目标研究内容课题承担单位选择方式主要承担/优势单位建议申请国拨经费(万)配套及自筹经费(万)5低成本微藻光自养培养及油脂制备关键技术开发及示范1）选育2-3株优良藻种；2）光生物反应器藻细胞密度4 g/L，细胞产率0.685、 g/L/d；3）户外敞开式光自养系统单个面积500 M2，藻细胞产率0.3 g/L/d，油脂产率100 mg/L/d；4）微藻采收率80%，油脂提取率90%，转酯率95%；5）建成总面积10000 M2的高效低成本微藻光自养系统及年产生物柴油10吨的示范装置1）能源微藻优良藻种选育；2）高效能源微藻光自养培养系统开发与放大；3）微藻低成本采收、油脂提取及生物柴油制备技术开发与放大；4）糟渣高附加值组分的分离提取及深加工；5）微藻生物柴油规模化制备系统集成优化定向委托华东理工大学中科院过程所中科院青岛能源所南京南工业大学北京化工大学清华大学75015006低成本富油微生物培养及油脂制备关键技术86、及示范1）细胞干基油脂含量达到60；2）细胞采收率90%，油脂提取率90%；3）建立以有机废水和秸秆水解液为原料，年产1000吨微生物油脂的生物柴油示范工程，生物柴油对秸秆得率10%，油脂对有机废水中总糖收率20%，发酵油脂生产强度0.8 g/l/h；4）构建1-3株直接合成生物柴油基因工程菌株，发酵生物柴油产率达到5 g/L1）高效转化富营养化废水油脂微生物菌种选育和发酵工艺优化；2）产油微生物高效低成本采收及油脂提取技术；3）高效定向合成生物柴油基因工程微生物构建及发酵工艺优化定向委托北京化工大学南京工业大学清华大学中科院大连化物所75015007适于广谱油脂原料的酶法生物柴油技术开发及示87、范1）专用脂肪酶发酵酶活大于10000 u/mL，成本低于100元/kg，酶催化剂寿命达到3个月；2）生物柴油酶法转化率95%以上；3）建设1万吨/年酶法生物柴油清示范装置；4）副产甘油高值化利用，使生物柴油生产成本降低20%；5）三废排放低于化学法30%，能耗小于化学法30%1）高效广适性酶制剂的筛选改造和生产关键技术；2）低成本广谱油料原料的酶法清洁生产关键技术；3）万吨级酶法生物柴油示范工程项目的建立定向委托北京化工大学华中科技大学四川大学清华大学中科院大连化物所15003000序号课题名称主要目标研究内容课题承担单位选择方式主要承担/优势单位建议申请国拨经费(万)配套及自筹经费(万)888、生物燃气菌群调控及高效产气关键技术1）建立微生物种群监测技术；2）选育快速降解固体原料菌株8-10株，高效产甲烷菌3-5株；3）开发调控发酵过程的功能微生物菌剂2-4种，助剂1种；4）建立发酵过程多维调控技术体系；5）获得厌氧发酵过程中小分子有机酸的数量和种类分布，建立产酸与产甲烷关联性控制模式；6）技术集成优化1）发酵系统微生物种群监测技术；2）功能微生物菌种选育与菌剂开发；3）发酵过程外源激活因子筛选与助剂开发；4）发酵过程多维调控技术；5）发酵过程微生态系统构建；6）发酵过程中小分子有机酸调节和控制技术；7）生物燃气高效产气技术集成定向委托中科院成都生物所农业部沼科所南京工业大学北京化工89、大学江南大学75009洁净生物燃气生产过程优化及示范1）高浓度混合原料生物燃气生产高效工艺包，进料浓度10%，容积产气率1.5；2）生物燃气净化后甲烷含量95%，甲烷回收率90%，H2S去除率95%；3）开发出高效生物燃气反应装置1-2套；4）建立日产洁净生物燃气10000 M3的示范工程1）氢分压调控技术；2）厌氧发酵工艺调控技术；3）高效产甲烷反应装置开发4）原位低硫沼气生产技术；5）高效生物燃气脱硫净化技术；6）沼渣沼液配套完善技术；7）工程放大和示范定向委托中科院成都生物所农业部沼科所中科院过程所南京工业大学北京化工大学江南大学1500300010长链醇类生物燃料生产关键技术1）木质纤90、维素类生物质水解液发酵总溶剂达到15 g/L以上，丁醇比例达到70%，发酵时间70 h，丁醇对糖的收率20%；2）菊芋块茎水解糖发酵总溶剂达到30 g/L，丁醇比例达到70%，发酵时间70 h，丁醇对糖收率20%；3）木质纤维素类生物质水解液异丁醇发酵达到20 g/L，糖转化率达到35%；异戊醇达到10 g/L，糖转化达到30%；2，3-丁二醇达到80 g/L，糖转化达到30%1）模式菌株中重构长链醇的生物合成途径；2）从代谢途径关键酶基因、启动子、转录调控因子、以及基因组规模上的随机突变及重组等角度，研究菌株环境胁迫耐受性机理；3）运用代谢工程和系统生物学技术，拓展菌株底物谱，使其能利用各种91、来源的生物质资源高效生产长链醇类生物燃料；4）开发分离耦合技术，降低能耗，减少废糟液量，促进清洁生产定向委托中科院天津工业生物技术所中科院上海植生所中科院微生物所大连理工大学中科院大连化物所100002、重点攻关产品列表序号产品名称需求分析技术难点分析十二五目标及主要技术指标效益分析优势单位建议1燃料乙醇我国石油资源严重短缺，CO2排量位居世界第一，石油资源替代和温室气体减排是建立经济和社会可持续发展模式的重大需求，生物能源产品是解决和两个问题的最佳方案，但现阶段生产成本高的问题还很突出，从关键技术突破入手，降低生物能源产品生产成本，使其与石油基同类产品相比，竞争力不断提高，生物能源产品在能源92、消费的比例必然提高。糖质和淀粉质原料燃料乙醇，原料消耗和能耗占总成本的比例高达90%，开发廉价原料和节能技术是燃料乙醇发展的方向，以秸秆为代表的木质纤维素类生物质是燃料乙醇发展的必然选择，但其加工转化难，成本高是最大的技术难点。1）现有淀粉质原料燃料乙醇生产发酵能耗节省40%，水耗节省20%；2）以木质纤维素类生物质为原料生产的纤维素乙醇与淀粉质原料燃料乙醇相比，具有竞争力。1）乙醇发酵能耗节省40%分析，吨产品成本降低约100元，172万吨总量直接经济效益约1.7亿；2）纤维素乙醇产业化社会效益显著。中科院天津工业生物技术所，广西科学院，大连理工大学，广西大学，清华大学，复旦大学，丰原集团，93、天冠集团，中粮集团 2生物柴油以秸秆为代表的木质纤维素类生物质水解液生产的微生物油脂和光自养培养富油微藻生产的微藻油脂，虽然理论上可以解决我国生物柴油发展油脂资源匮乏的突出问题，但成本高的问题仍然突出。1）微生物油脂对糖的收率到20%，油脂含量达到细胞干重的60%；2）建立富油微藻户外光自养低成本大规模培养系统，评价其技术经济指标。华东理工大学，中科院过程所，中科院青岛能源所，中科院大连化物所，南京工业大学，北京化工大学华中科技大学，四川大学，清华大学3生物燃气我国生物燃气虽然规模大，但以农村分散户用为主，装置效率低，运行不稳定的问题突出，难点在于其厌氧发酵体系微生物种群的复杂性1）建立基于厌94、氧发酵菌群表征的产气调控技术，使装置容积产气率达到1.5 ，且运行稳定性，H2S含量降低，2）开发生物燃气脱硫技术，生产洁净燃气实现集中供气，车用燃气或热电联产，燃气效益可达0.25 元/M3，以发展100 亿M3洁净燃气预测，经济效益约25亿，但其社会效益巨大中科院成都生物所，农业部沼气科学研究所，南京工业大学，北京化工大学，中科院过程所4长链醇类第二代生物燃料以丁醇为代表的长链醇类生物燃料，对细胞具有强毒性，导致发酵产物浓度低，生产速率慢，生产成本高的问题突出依托现代生物技术进展提供的方法和手段，建立改造长链醇类生物燃料生产菌株的先进技术中科院天津工业生物技术所，中科院上海植生所，中科院微95、生物所，中科院大连化物所，大连理工大学3、重点攻关技术列表序号技术名称目前国内水平及差距分析十二五能达到的技术水平优势单位建议1超高浓度乙醇发酵技术发酵终点乙醇浓度12-13%（v），现有菌株难以耐受高浓度乙醇乙醇发酵浓度提高到18%（v）广西科学院，大连理工大学，江南大学2高温乙醇发酵技术发酵温度30-34C，其原因是现有菌株难以耐受34C以上高温乙醇发酵温度提高到38-40C广西科学院，大连理工大学，江南大学3木质纤维素类生物质预处理平台技术研究了各种机械、物理、化学和生物预处理技术，但预处理效果仍然无法满足酶解和发酵的要求根据酶解和发酵要求开发低能耗，糖损耗小的预处理技术，为纤维素乙醇成96、本降低提供支撑中科院过程所，南京工业大学4低成本高效纤维素酶生产技术真菌T. reesei液体深层发酵纤维素酶活80 U(FPA)/mL，其原因是纤维素酶是诱导酶液体深层发酵纤维素酶活120 U(FPA)/mL，纤维素乙醇生产酶成本降低50%中科院微生物所，浙江大学，山东大学5混合糖发酵菌株构建平台技术国内无具有应用价值的混合糖发酵菌株，纤维素乙醇原料消耗大构建具有实用价值混合糖发酵菌株，降低纤维素乙醇原料消耗山东大学，中科院微生物所，大连理工大学，清华大学6微生物油脂生产技术微生物油脂对糖的收率低于20%，导致其生产成本高通过菌株改造及代谢调控等措施，提高油脂收率，降低能耗北京化工大学，中科97、院大连化物所7能源微藻低成本大规模培养技术开展了富油微藻光反应器培养的研究，但油脂成本高问题突出开发室外低成本微藻光自养系统，降低微藻油脂生产成本华东理工大学，中科院青岛能源所，南京工业大学，北京化工大学8生物燃气菌群调控及高效产气技术虽然农村户用沼气发展很快，但沼气装置产气效率低且不稳定的问题突出对复杂菌群进行表征，提高产气率，降低H2S含量，结合脱硫技术，实现洁净燃气稳定生产中科院成都生物所，农业部沼科所，中科院过程所，江南大学9长链醇类第二代生物燃料生产技术长链醇，特别是丁醇，发酵浓度低，收率低，导致其成本极高建立菌株改造平台，提高长链醇发酵浓度和收率，开发长链醇类第二代生物燃料生产廉价原料中科院微生物所，中科院上海植生所，中科院天津工业生物技术所，大连理工大学