山中秋已半，蓬蓽晏方開。
不聽夜蟲話，焉知節(jié)物來。
——《次韻子我秋分一首》宋 · 劉一止
秋分，是秋季的第四個節(jié)氣。這是一個兼具天文、氣候、農事和文化意義的重要節(jié)氣，不僅是自然晝夜的平衡點，也標志著農耕上的關鍵節(jié)點，從此開始，我們便正式步入了深秋時節(jié)。
本次的節(jié)氣科普，帶大家一起了解另外兩種生物燃料。
Introduction
繼上期分享了微生物在沼氣、酒精生產中的應用，本期我們繼續(xù)介紹另外的兩種生物燃料，生物柴油、氫氣，了解一下“生產者”微生物在其中的貢獻。
生物柴油
生物柴油是以植物油（棕櫚、大豆、菜籽等）、動物油、廢棄油脂（廢棄食用油、棕櫚酸化油）、微生物油脂、甚至高纖維含量的非油脂類生物質為原料，通過化學或生物技術，與甲醇、乙醇進行酯化反應，合成的可再生燃料。
據統(tǒng)計，2020年全球生物柴油消費量達4000萬噸以上，其中歐洲占比約40%，其次是亞太、美國和巴西。生物柴油可直接作為燃料使用，如B100，也可按一定比例與傳統(tǒng)石油柴油摻混后使用，如B20/B10/B5。
在生物柴油的生產、供給方面，基本與其消費市場相匹配，目前歐洲、印度尼西亞、美國與巴西的產量最大。
生物柴油的制備
微生物的作用
氫氣
生物質制氫是以生物質（如秸稈、稻殼、樹枝、生活垃圾等）為原料，這些生物質中含有大量有機物，而這些有機物由碳、氫、氧等元素組成，通過各種技術手段將其中的氫元素分離出來，再經過一系列的反應和處理，最終形成氫氣。實現(xiàn)這種轉化，目前有熱化學法和生物法兩類。
主要是利用高溫（700~1200℃）將生物質分解，依據熱解條件不同，又有蒸汽氣化制氫、超臨界水氣化制氫和生物質熱解重整法制氫。
熱化學法的優(yōu)點是原料廣泛，生產氫氣的效率較高，且可以得到多種有用副產物（甲醇、乙醇、醋酸等）。但成本高（設備投入、高能耗運作、焦化和積炭導致的維護費用等）。
利用生物的氫化酶和固氮酶將生物質原料中的有機底物與水分子轉化為氫氣。需要依據“生產者”的特性，調整原料和發(fā)酵條件。目前主要有以下幾種：
藻類或植物細胞：通過光合作用直接將水分子分解為氫離子和氧氣，產生的氫離子通過氫化酶轉化為氫氣。
光合細菌：如紅螺菌屬等光合細菌，在光照條件下能夠利用有機物質進行光合作用，產生氫氣。它們通過將有機物中的電子傳遞給質子，生成氫氣。
產氫梭菌：產氫梭菌（屬于厭氧菌）能夠通過發(fā)酵糖類等有機物質產生氫氣。在厭氧條件下，產氫梭菌利用自身的酶系將糖類分解為氫氣、二氧化碳和有機酸等產物。
在實踐方面，2023年我國首個生物制氫及發(fā)電一體化項目在哈爾濱市啟動試運行，該項目包括制氫、提純、加壓、發(fā)電、交通場景應用、發(fā)酵液綜合利用六大系統(tǒng)。
生物制氫及發(fā)電一體化項目試運行
圖片來源：https://mp.weixin.qq.com/s/d1c7fLlUKtXe75Y0L-EYbQ
其中，制氫環(huán)節(jié)以農業(yè)廢棄秸稈、園林綠化廢棄物、餐廚垃圾、高濃有機廢水等為發(fā)酵底物，以高效厭氧產氫菌種作為氫氣生產者，在處理廢棄物的同時回收大量的清潔能源氫，可以避免化石能源制氫過程中對環(huán)境的污染。
總體上，生物質制氫技術尚未完全成熟鋪開，在大規(guī)模應用之前尚需深入研究。
生物燃料（沼氣、生物乙醇、生物柴油、氫氣）可再生、環(huán)境友好、原料來源廣泛、有助于實現(xiàn)碳達峰、碳中和目標，因為這些優(yōu)勢，受到廣泛關注。隨著研究的深入和實踐，發(fā)現(xiàn)了不足之處，例如綜合成本高、使用性能欠缺等。
自2014年的“四個革命、一個合作”，還有2022年的《“十四五”現(xiàn)代能源體系規(guī)劃》以來，我國持續(xù)推動產業(yè)結構和能源結構調整。在生物質能源方面的探索已有一定的發(fā)展，也發(fā)現(xiàn)了更多機遇與挑戰(zhàn)。中國綠色能源發(fā)展新道路道阻且長，行則將至；行而不輟，未來可期。
漢寧“二十四節(jié)氣”科普是漢寧化學推出的關于微生物的科普欄目。我們將以中國傳統(tǒng)的二十四節(jié)氣為時間線，定期推出微生物相關主題的科普短文。“四季有序，萬物有時”，讓我們“寄知識于時節(jié)”，一起探索微生物世界：漢寧與您應時相約、不見不散！
