你是那些认为生物技术只能找到预防和治疗致命疾病的人吗？嗯，生物技术也可以用来对抗气候和能源问题。是的，生物技术和分子生物学可以用来生产与汽油、柴油和喷气燃料相同的负担得起的、可持续的、碳中性的燃料。将尝试覆盖生物质能和生物燃料，位于生物技术和可再生能源的交界处。此外，我们还将探讨基于藻类的生物燃料基因工程技术.这是每一个地方生物技术、生物、物理、化学及化学工程毕业生可以探索研究和创业企业。

2017年，比尔·盖茨（Bill Gates）在网上写了一篇文章，向全世界的大学毕业生发表演讲。他说了一个非常重要的观点：

“如果我今天开始，我会考虑三个领域。一个是人工智能(AI)。我们才刚刚开始挖掘它将使人们的生活更富有成效和创造性的所有方式。第二个是能源因为让它变得干净、负担得起、可靠对于战胜贫困和气候变化至关重要。”

根据盖茨的说法，第三个领域是生物科学．

预计到2025年，能源需求将增长50%，其中大部分需求增长将来自发展中国家。目前绝大多数能源来自化石燃料——一种有限的、不可再生的、污染的资源。

因此，真正需要一种可再生的绿色能源。

生物质能与生物燃料导论

最近生物燃料的生产有了戏剧性的增长。从2000年到2007年，全球生物燃料产量增长了两倍，2012年生物燃料占全球运输燃料的1.6%左右(国际能源署)。

2015年，乙醇生产是生物技术对能源生产的最大贡献，2014年全球营收为409亿美元，生物柴油营收为38亿美元，生物甲烷营收为1.9亿美元。可以合理地想象，未来生物技术对世界能源生产的贡献可能不仅在生物燃料生产领域，而且在石油生产、石油升级、沼气生产、化学生产、作物改良、生物修复、微生物影响腐蚀、太空旅行和其他领域。

为什么生物技术优于传统的化学合成?

传统上，化学物质是通过化学合成来生产的。通常，它需要多个化学步骤来产生最终产物(最终分子)。在某些情况下，很难或几乎不可能获得化学合成的产品签证。使用合成有机化学需要很多步骤，而酶一步就能完成。通过嫁接来自有机来源的基因，微生物可以被改造成一座化工厂。一旦进入细胞，基因产生的酶进行化学反应，将糖转化为化学物质．

生物质

生物质是一种从植物和动物中提取的可再生能源。生物量包含从太阳储存的能量(植物通过光合作用吸收太阳的能量)。当直接燃烧时，生物质以热的形式释放化学能。另外，生物质可以转化为液体生物燃料或沼气，两者都可以用作燃料。

生物质能的优势

生物质一般由某些作物(和农业废物)、城市固体废物、生物、森林碎片、肥料、废木材和其他废弃物残渣等废弃物组成。

有机废物残留物（如废木材、磨坊残留物、农作物和森林废弃物）将永远不会停止存在。如果计划和管理得当，地球将有更多的树木和农作物，从而产生更多的残余废物。

这就是为什么生物质是这样一个优秀的和清洁绿色能源的无限源泉．

生物质能的应用

例子生物质及其能源利用：

木材和木材加工废料——燃烧来给建筑物供暖，在工业中产生加工热，并发电
将农作物和废料作为燃料燃烧或转化为液体生物燃料
垃圾中的食物、庭院和木材废料在发电厂燃烧以发电，或在垃圾填埋场转化为沼气
动物粪便和人类污水转化为沼气，可以作为燃料燃烧

生物量产生的能量可以用于我们自己的能源目的，如发电。

生物能源 — 来源:https://www.eubioenergy.com/whatisbioenergy/

生物质能生产方法

全部的生物质能源生产方法最终依赖于植物的光合作用，植物在光合作用中吸收阳光、空气中的二氧化碳和水，并利用它们生产碳水化合物。这些植物碳水化合物是用于生产生物质能的材料。

一般来说，生产生物质能源的两种方法是直接燃烧生物质和通过生物质气化。

生物质材料的直接燃烧。生物质材料被燃烧，产生的热量被用来将水加热成蒸汽。然后蒸汽被输送到汽轮机，汽轮机产生电能。
气化．湿生物质，如粪便或食物垃圾，在一个特殊的容器中发酵，产生甲烷。干生物质，如农业废料，在无氧条件下经受高温，产生合成气(合成气)。通过这两个过程产生的气体然后在燃气发动机或燃气涡轮机中燃烧发电。
燃料电池。如果合成气是纯的，它可以用于燃料电池发电。这还不是一种商业化的技术。

生物燃料

生物燃料是从植物和植物源资源中提取的替代燃料。生物燃料主要用于交通运输。生物燃料有两种类型:生物乙醇和生物柴油。

生物乙醇是用于道路运输车辆的汽油的主要替代燃料，主要是通过纤维素(淀粉)的糖发酵过程生产的，而纤维素(淀粉)主要是从玉米和甘蔗中提取的。另一方面，生物柴油主要由油菜籽、棕榈和大豆等油料作物生产。

能源行业的许多人认为生物燃料对未来的能源生产至关重要，因为它具有清洁和可再生的特性。讽刺的是，大多数大型石油公司正在投资数百万美元用于先进的生物燃料研究．

生物柴油

生物柴油柴油是一种可替代的清洁可再生燃料，类似于传统的“化石”柴油。它是用天然植物油、动物油/脂肪或生物脂、动物脂和废弃食用油制成的。由于它在自然界是可生物降解的，它被用来替代化石柴油燃料。它也可以与石油柴油以任何比例混合。

沼气

沼气是一种生物燃料，在无氧（厌氧环境）条件下由有机废物分解自然产生。沼气可由农业废物、粪肥、城市废物、植物材料、污水、绿色废物或食物废物等原材料产生。沼气被视为可再生资源，因为其生产和使用周期是连续的，并且不会产生净二氧化碳。

由于这种分解是在厌氧环境中进行的，所以生产沼气的过程也称为厌氧消化．厌氧消化是一种利用发酵过程分解有机物的废物转化能源的自然形式。动物粪便、食物残渣、废水和污水都是有机物通过厌氧消化产生沼气的例子。

沼气主要由甲烷、二氧化碳、少量硫化氢、水分和硅氧烷组成。由于沼气含量高（通常为50-75%），沼气是可燃的，因此会产生深蓝色火焰，可以用作能源。

甲烷、氢气和一氧化碳(CO)可以燃烧或被氧氧化。这种能量释放允许沼气作为燃料用于任何加热目的，如烹饪。它也可以用于气体发动机的厌氧消化器，将气体中的能量转化为电能和热能。沼气可以被压缩，就像天然气被压缩成CNG一样，用于驱动机动车。

生物燃料生产的局限性

尽管有许多优势，生物燃料也有缺点．生产同样数量的能源需要比汽油更多的乙醇，批评人士认为，使用乙醇是极其浪费的，因为生产乙醇实际上造成了能源净损失，同时也提高了食品价格。很少有人认为生物作物可以更好地用作食物而不是燃料。

具体问题集中在生产生物作物所需的大量可耕地的使用，导致诸如土壤侵蚀、森林砍伐、肥料流失和盐碱化等问题。2013年，BP和壳牌减少了在生物燃料方面的投资．这表明，大型石油公司正在意识到，生产乙醇和生物柴油的土地驱动限制是不可逾越的。

基于藻类的基因工程方法

为了解决这些问题，公司正转向以藻类生产形式的水基解决方案。几家公司、大学和研究机构正致力于以藻类为平台重新设计生产石油替代品的过程。

藻类具有光合作用能力的微小单细胞植物状生物，已知能产生高的石油和生物质产量。藻类可以在不适合其他用途的土地上种植，水不能用于粮食生产。

藻类可以耐受和适应各种环境条件，还可以生产多种不同类型的生物燃料，从沼气到生物柴油，如果需要，甚至可以生产乙醇。

关于藻类生物燃料生产的推荐视频：

基于藻类的生物燃料生产前景广阔

从2005年到2012年，数十家公司设法从风投那里榨取了数亿现金希望最终从海藻中提取燃料油。随着商业利益的增加，世界上充斥着好几种海藻研究论文．

但目前，少数幸存下来的藻类公司别无选择，只能采取新的商业计划，重点关注更昂贵的藻类副产品，如化妆品、保健品、宠物食品添加剂、动物饲料、色素和特种油。其余的要么破产，要么转移到其他市场。

这就是科学和生物技术的运作方式。目前的关键问题是藻类能否被经济地种植和商业化地规模化，为人类的液体燃料需求做出实质性的贡献?来自藻类的生物燃料能与来自化石的石油在价格上竞争吗?

需要注意的是，系统设计和藻类类型(关键讨论的焦点)是重要的，但不是唯一的组成部分。副产品、营养、收获、干燥和转化技术对经济也有价值。

如果说人类需要的不仅仅是燃料的话，那就是食物——这项工作可以帮助我们了解如何更好地种植微藻以支持鱼类和贝类养殖，并生产膳食补充剂，如欧米茄-3。

藻类技术在生物燃料和其他领域，如药物发现、石油和一系列化学品，有着巨大的潜力。考虑到液体燃料市场的规模(以万亿美元计)，偶尔进行低比例投资确实是有道理的。但是，有人会开枪吗?如果没有，还有很多其他垂直领域的人可以尝试藻类技术。

此外，还应该寻找生产生物燃料的进一步途径。例如,真菌酶可用于可持续地将木材生物质转化为有价值的化学商品，包括生物燃料。

警告:生物燃料可能比某些化石燃料产生更多的温室气体

研究他们认为，这些决定产生的排放将使生物燃料——甚至是由纤维素材料(如柳枝稷)制成的高级生物燃料——对环境的影响比汽油更糟。

毫无疑问一些生物燃料也同样糟糕，如果不比化石燃料差的话。当你考虑到棕榈油、大豆和油菜籽的温室气体排放比标准原油还要严重时，这些燃料就没有什么意义了。这些燃料对粮食价格、资源和生物多样性的次级影响很难量化，但有足够多的例子引起严重关切。一些生物燃料，如由粮食作物制成的柴油，已经导致比化石燃料产生的排放量还要多他们注定要被取代。