中国现代能源体系建设进程评估

能源是国家经济社会发展的基石,构建现代能源体系对保障国家能源安全,如期实现“双碳”目标,推动经济社会高质量发展具有重要意义。本文基于清洁、低碳、安全、高效4个维度构建了现代能源指标体系,运用序关系分析法定量评价中国现代能源体系的历史进程,并进行国内外横向对比。结果表明:过去11年(2010—2020年),中国推动能源革命进程成效显著,2020年达到了世界平均水平,在全球76个主要经济体中排名第38位,落后于欧盟、美国、日本等发达经济体,领先于俄罗斯、印度等发展中经济体。中国高效指数排名明显落后于发达经济体,表明中国能效提升方面空间巨大,也说明更要重视科技投入;中国的安全指数排名比较靠前,证明了中国煤炭在能源安全中的“压舱石”地位,但是同样的原因导致中国的低碳指数相对落后;过去10年,中国能源清洁利用成效显著,但是排名整体靠后,说明中国能源的清洁开发利用依然任重道远。其中,中国能源结构指标、碳排放系列指标、能源强度指标是影响中国综合指数水平的关键性指标,尤其是能源强度指标。因此,首先,未来要加快构建以可再生能源为主、以化石能源为辅的现代能源体系;其次,新能源与低碳技术达到体量尚需时日,长期以来,煤炭支撑中国经济和社会较快发展,是中国能源安全保障的压舱石和稳定器,煤炭清洁高效利用仍需加强,而实现了清洁高效利用的煤炭就是能源清洁;最后,能源转型的关键是优化能源结构,要多能互补,集成热、电、气、冷,提升火电机组灵活性,而在终端消费方面提高能源效率,降低能源强度,实施电能替代,形成以电为中心的能源消费格局。

一碳化合物非天然生物转化的研究进展

一碳化合物(C1)包括甲烷、甲酸、甲醇、一氧化碳和二氧化碳等,来源广泛,价格低廉,是第三代生物炼制的理想原料。自然界中存在众多天然利用C1的微生物,但C1天然途径碳转化速率较低,非模式生物工业应用难度较大。利用模式菌株构建C1代谢路径,又称合成型C1生物转化体系,可以弥补C1天然利用微生物的缺点,降低工业生产对传统化石资源的依赖。本文概述了C1种类、来源及天然利用途径,着重综述了合成型C1生物转化体系的研究进展,强调合成型C1利用体系对于提高碳转化率、扩展C1资源应用的重要性,最后分析了C1生物转化面临的挑战,并对该领域的未来研究方向进行了展望。本文为未来合成型C1利用微生物的构建、提高异源C1代谢途径效率提供了参考,对实现绿色、高效开发可持续资源具有重要意义。

热纤梭菌在生物质能源开发中的合成生物学研究进展

农林废弃物、能源植物、微藻等生物质是唯一同时具备“能源”和“物质”双重属性的可再生资源,在替代不可再生的化石能源方面具有巨大的潜力。木质纤维素生物转化的核心之一在于高效生物催化剂的构建。热纤梭菌是高效降解木质纤维素的嗜热厌氧菌,是多种木质纤维素生物转化策略的理想底盘菌株,在生物质能源开发中具有重要价值。经过近二十年的研究和开发,针对热纤梭菌已经建立了多种遗传改造技术,并构建了可以生产多种能源分子及化学品的热纤梭菌细胞工厂。本文首先介绍了热纤梭菌及其纤维素降解与利用特性,简述了热纤梭菌的系统生物学研究和遗传改造工具开发的现状,随后重点回顾和总结了热纤梭菌在生产乙醇、丁醇、异丁醇、氢气、乳酸、中/短链脂肪酸酯和可发酵糖等生物能源开发中的合成生物学研究进展。最后对热纤梭菌的合成生物学发展方向进行了展望,并强调了合成生物学技术在未来生物质能源开发中的重要作用。

中国林业生物质能源资源开发利用现状与发展建议

开发利用林业生物质能源资源是解决我国生物质能源发展原料瓶颈问题的重要途径之一。文章在全面分析了我国林业生物质能源资源现状的基础上,对其开发利用的可行性及障碍进行了探讨。认为我国开发利用林业生物质资源具备土地资源丰富、林业能源植物培育技术发展成熟、转化利用工艺与设备研发取得一定突破以及政策环境良好等条件。现阶段我国林业生物质资源开发利用面临的障碍有:收集、运输较困难,能源林经营粗放,林业能源资源开发融资渠道单一,产业扶持政策有待完善等。针对以上问题,提出了进一步开发利用林业生物能源资源的相关建议:重视林业能源资源的规模化培育、加强科技支撑和培育管理,加大财税与金融扶持以及政策配套的机制建设,鼓励企业积极参与并通过利用CDM机制吸引国际资金和先进技术等。

从生物能源到能源合成生物学——创新合成生物技术,助力能源安全体系建设

能源是人类社会发展的基础和动力,能源供应关系到国家安全和社会稳定,建立能源安全体系对保证国家繁荣发展、人民生活改善、社会长治久安至关重要。化石能源在过去200年间支撑了人类文明的巨大发展,然而其资源储量有限、不可再生,且利用过程中伴随着大量温室气体排放和其他环境污染,难以满足未来可持续型能源结构体系的建设需求。可再生能源是指自然界中能够循环再生、不随人类利用而减少的能源,具有清洁、低碳的特点,是能源供应技术的重要发展方向。

国际新能源发展态势研究——基于科学知识图谱实证分析

文章采用CITESPACE软件,围绕新能源研究主题,编辑检索式TS=("new energy"or"clean energy"or"renewable energy")对web of science数据库核心集进行数据挖掘,基于合作网络、贡献网络、基金等三个视角阐述文献数据信息。研究表明:(1)我国在新能源研究领域文献产量居全球首位,但中心度不高;(2)新能源研究主题呈"宽泛-具体"态势,未来新能源研究问题将进一步细化;(3)中国在有关新能源研究领域的基金支撑远高于美国等发达国家。

偃麦草属植物种质资源研究进展

偃麦草属植物是我国干旱半干旱地区重要的优质乡土草资源,也是防风固沙、水土保持和改良盐碱地的理想植物。本文重点梳理和论述了偃麦草属植物种质资源细胞染色体倍性和核型及同工酶特性、非生物逆境胁迫响应及抗逆性评价、优异功能基因(抗旱耐盐基因、耐低磷营养胁迫基因、抗病基因等)挖掘及功能解析、新种质创制和新品种培育等的研究成果与进展,旨在为偃麦草属植物种质资源的深度开发利用奠定重要科学基础。

面向高效光驱固碳产醇的蓝细菌合成生物技术研究进展

蓝细菌能够直接利用二氧化碳和太阳能通过光合作用生产乙醇,为提供绿色生物燃料提供了一条有前途的可持续路线。光驱固碳合成乙醇是最具代表性的蓝细菌光合生物制造技术。乙醇并不属于典型的蓝细菌天然代谢物,蓝细菌产醇细胞工厂的构建需要通过向基因组中导入异源的丙酮酸脱羧酶并结合异源/内源醇脱氢酶的过量表达来实现;在过去二十多年间,通过蛋白、途径、底盘、工艺层面的系统优化,蓝细菌产醇细胞工厂的效能得到有效提高,乙醇成为目前产量最高、产率最高、碳流分配率最高的蓝细菌代谢工程产物。本文总结并比较了“蓝细菌生物质炼制产醇”“蓝细菌固碳产糖-产醇”“蓝细菌固碳直接产醇”等三种光驱固碳产醇技术路线,并以构建光合细胞工厂驱动二氧化碳一站式转化为乙醇的技术路线为主,从乙醇合成途径优化与强化、蓝细菌光合碳代谢网络的调节与重塑、代谢网络模型与计算机辅助设计引导细胞工厂构建和优化三个方面对蓝细菌高效光驱固碳合成乙醇的技术发展历程和基本现状进行了介绍,特别是强调了计算生物学、系统代谢工程、生物材料嵌合等研究手段在本领域的应用进展;在此基础上,也从新型底盘开发、高通量筛选技术应用、细胞工厂的稳定性与鲁棒性优化等角度对蓝细菌固碳产醇的未来发展方向进行了展望。

绿色发展理念下山东省生物能源产业发展研究

绿色发展理念的提出为生物能源产业发展创造了新的机遇。文章在剖析山东省绿色发展与生物能源产业关联关系的基础上,分析山东省生物能源产业的发展困境,结合绿色发展理念要求,在规划布局、转型发展、标准体系、财税补贴等方面提出山东生物能源产业发展建议。

青岛市5岁低龄儿童重度龋患者龈上菌斑微生物群落的宏基因组学研究

目的:研究青岛市5岁重度低龄龋病儿童和健康儿童龈上菌斑的微生物结构及其差异。方法:纳入34例健康(H组)和31例重度龋病(C组)5岁儿童,采集龈上菌斑样本共65份,利用Illumina MiSeq测序平台对16S rRNA V3-V4区进行双端测序,分析微生物群落结构和多样性,并建立龋病风险评估模型。结果:C组的物种多样性指数(Shannon和Simpson)高于H组,2组菌群结构均存在显著差异(P<0.05),C组菌群结构更复杂,H组菌群结构比C组更为集中;鉴别出H组高表达的健康相关微生物(P<0.05)及C组高表达的可疑致龋微生物(P<0.05),如变形链球菌;基于龈上菌斑种水平微生物图谱建立的龋病风险评估模型辨别健康和龋病者的准确率可达71%。结论:龈上菌斑菌群和特定细菌种类的检测有助于评估和预测低龄儿童龋病风险。

基于差示扫描量热技术的生物质低温烘焙过程吸热量研究

对生物质低温烘焙过程所需热量的研究现状进行了总结分析,认为目前的研究主要集中在生物质热解过程吸热量的确定,采用选取生物质热容Cp和热解反应热效应Qp以公式计算的方法很难得出准确的结果。通过对差示扫描量热仪(DSC)的分析和对差热曲线的研究,将Cp和Qp综合考虑,对试验所得DSC曲线进行处理和积分,可得出生物质低温烘焙过程所需热量的规律。在Perkin-Elmer Diamond DSC上对玉米秸秆进行了不同烘焙温度以及不同升温速率条件下的试验研究和分析。结果表明:烘焙温度对生物质烘焙过程所需热量有很大影响,在240,260,280,300℃下,将1kg玉米秸秆烘焙40min所需提供的热量分别为420,529,671,890kJ。升温速率对烘焙过程所需热量也有一定影响,当升温速率为10,20,40,80℃/min时,将1kg玉米秸秆在280℃的终温下烘焙30min所需提供的热量分别为347,652,802,800kJ,为生物质烘焙工艺的能量平衡分析和经济性分析提供了参考。

中国农村生物能源利用的CO2排放量估算与空间分析

中国作为世界能源消费大国,同时也是农业大国,其生物质能源利用在农村能源消费构成中占据很大比重。文章采用排放因子法对2010年中国各省(市\区)农村生物质能源利用的CO2排放量进行了估算,利用ArcGIS对估算结果进行空间分析,运用空间统计方法,在Geoda平台上分析各地区碳排放量的空间自相关性。结果表明:秸秆和薪柴的利用对农村生物能源利用的CO2排放量有重要贡献,沼气所占比例较小。在空间分布特征上,生物质能源利用的CO2排放量呈现出中西高、东南偏低的分布特征。

硬木类生物质直燃发电厂环境足迹研究

基于生命周期评价方法,建立了硬木直燃发电的清单数据,运用ILCD Midpoint+方法针对6种环境影响类型进行评价,并分析了造成各类环境影响的主要污染物,同时,在6种环境影响类型方面对多种发电方式进行了对比。结果表明:硬木直燃发电过程的环境影响主要来源于种植过程和发电过程,其中全球变暖主要来自发电过程,其余5种环境影响类型主要来自种植过程;氮氧化物、硫氧化物、氨、温室气体是造成各单元过程环境影响的主要因素;在环境影响方面,与水力、风力、光伏发电方式相比,硬木直燃发电具有一定劣势,但其产生的环境影响远低于传统化石能源发电方式。

云南狗牙花中Ibogan型生物碱类成分的研究

目的:对夹竹桃科狗牙花属植物云南狗牙花Tabernaemontana yunnanensis Tsiang的Ibogan型生物碱类化学成分进行研究。方法:利用硅胶柱色谱、凝胶柱色谱、高速逆流色谱、HPLC等对云南狗牙花95%乙醇提取物进行化学成分的分离纯化,采用质谱、NMR等方法确定化合物结构。结果:从云南狗牙花中分离得到12个Ibogan型生物碱类化合物,分别鉴定为:3-(2-oxopropyl)voacangine(1)、voacangine-7-hydroxyindolenine(2)、(3S)-3-cyanoisovoacangine(3)、3-(2-oxopropyl)-coronaridine(4)、obovatine(5)、3-(β-hydroxyethyl)-coronaridine(6)、19-epi-heyneanine(7)、19-epi-isovoacristine(8)、3-oxo-voacangine(9)、ibogamine(10)、coronaridine pseudoindoxyl(11)、voacangine pseudoindoxyl(12)。结论:其中,化合物1、3~6、9、11和12为首次从该植物中分离得到,化合物11为首次从该属植物中分离得到。

LiBr辅助球磨预处理提升玉米芯木糖渣酶解转化葡萄糖效率的研究

本研究以玉米芯木糖渣(CCR)为原料,研究了LiBr辅助球磨预处理促进CCR酶解转化葡萄糖的效果。经单因素分析,LiBr辅助球磨预处理CCR较优的工艺条件为:球磨时间6.0 h、LiBr添加量50%和CCR固体含量80%;此预处理条件下的CCR无需水洗分离LiBr,在保留木质素的情况下实现了CCR的高效酶解;在纤维素酶用量为5 FPU/gCCR的情况下,酶解葡萄糖产率可高达95%。分析表征结果显示,LiBr辅助球磨预处理可高效破坏CCR中纤维素的结晶结构,降低了结晶度,使其具有无定形结构,提高了CCR的孔隙率,从而显著促进了CCR的酶水解。

药用狗牙花中单萜吲哚生物碱的研究

目的:研究药用狗牙花Tabernaemontana bovina Loureiro中的单萜吲哚生物碱类化学成分。方法:综合运用硅胶、反相、凝胶等柱色谱技术以及高速逆流色谱、高效液相色谱等方法对药用狗牙花中的单萜吲哚生物碱进行分离纯化,并根据化合物的理化性质及波谱数据鉴定其化学结构。结果:从药用狗牙花中的总生物碱部位中分离纯化得到12个单萜吲哚生物碱,分别鉴定为:tabernaebovine A(1)、dregamine(2)、tabernaemontanine(3)、16-epi-19,20(S)-dihydroperivine(4)、vobasine(5)、vobasidine C(6)、apparicine(7)、isovoacangine(8)、voacangine(9)、19-epi-heyneanine(10)、19-epi-isovoacristine(11)、voacristine(12)。结论:其中,化合物1为新化合物,化合物4为首次从该属植物中分离得到,化合物6~8、11为首次从药用狗牙花中分离得到。

我国本土青年科技人才成长态势与影响因素研究——以中国科学院青年创新促进会会员为例

文章以"十二五"期间受中科院青年创新促进会支持并已晋升为正高级专业技术岗位的优秀青年人才为研究对象,比较其与"十二五"期间通过中科院"百人计划"引进并到岗且到岗时年龄不满35岁(含)的海外青年人才,在基金项目支持、主要青年人才计划资助以及顶级期刊科研论文产出等方面的数据,分析国内本土优秀青年科技人才的成长情况,探讨影响本土优秀青年科技人才成长的主要因素及加强本土青年科技人才培养的建议举措。

纤维素甲酸酯的制备及应用研究进展

纤维素酯是一类重要的纤维素衍生物,在纺织、食品、包装、电子、医药、化工和军工等领域应用广泛。甲酸可以与纤维素表面的羟基发生酯化反应,在纤维素表面引入酯基,生成纤维素甲酸酯。本文综述了纤维素甲酸酯的制备工艺及其在聚合物加填、皮克林乳液、功能性薄膜、丝线等领域的应用,以期为纤维素甲酸酯未来的规模化制备和应用提供借鉴。纤维素甲酸酯的制备将朝着绿色、低能耗的方向发展;其应用将更加多元化,特别是在开发高质量、可持续材料以及利用其进一步衍生化制备功能性材料方面具有广阔的研究前景。

TiO_(2)基光催化CO_(2)还原研究进展

自二氧化钛(TiO_(2))材料被发现具有光催化性能以来,至今已有50余年的发展历程。因其优异的催化活性以及化学稳定性在光催化领域备受青睐。本文总结了近年来TiO_(2)基材料在光催化CO_(2)还原(CO_(2)RR)方面的发展,有助于全面认识和把握该领域的研究进展和发展趋势,为双碳目标的顺利实现提供有力支撑。本文主要从光催化CO_(2)还原机理、CO_(2)还原反应体系和TiO_(2)基催化剂在光催化CO_(2)还原方面的研究进展进行论述;详细阐述了对TiO_(2)基光催化剂活性位点的调控,重点探讨了钛氧簇的设计、路易斯酸碱对的构筑、异质结的建立以及浸润性调节对TiO_(2)基光催化剂性能的提高;最后,对该领域面临的挑战和发展机遇进行了分析和展望。

基于软电离质谱技术的金属纳米团簇合成、结构解析与催化反应机理研究的进展

原子数精确的金属纳米团簇为研究纳米材料的结构演化和构效关系提供了绝佳模型,然而,由于团簇生长过程的不确定性、结晶过程的复杂性以及自身稳定性较差等因素,使其在精准合成、结构解析以及催化机理研究方面面临挑战。质谱技术具有高分辨率、高灵敏度、快速响应的特性,尤其是结合软电离技术(主要包括电喷雾电离和基质辅助激光解吸电离),近年来在凝聚相团簇研究中发挥着重要作用。例如,通过监测中间体的变化可以解析团簇的生长过程,使用串联质谱技术可以推测团簇结构特征,利用离子-分子反应方法以及在线反应监测技术能够揭示催化反应微观机理等。本文主要总结了2种软电离质谱技术在金属团簇合成、结构解析以及催化反应机理研究的进展,并展望其应用前景。