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(nóng)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(biāo)志著農(nóng)耕上的關(guān)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(chǎn)中的應(yīng)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(chǎn)者”微生物在其中的貢獻(xiàn)。
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(zhì)為原料，通過化學(xué)或生物技術(shù)，與甲醇、乙醇進(jìn)行酯化反應(yīng)，合成的可再生燃料。
據(jù)統(tǒng)計，2020年全球生物柴油消費量達(dá)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(chǎn)、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(chǎn)量最大。
生物柴油的制備
微生物的作用
氫氣
生物質(zhì)制氫是以生物質(zhì)（如秸稈、稻殼、樹枝、生活垃圾等）為原料，這些生物質(zhì)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(shù)手段將其中的氫元素分離出來，再經(jīng)過一系列的反應(yīng)和處理，最終形成氫氣。實現(xiàn)這種轉(zhuǎn)化，目前有熱化學(xué)法和生物法兩類。
主要是利用高溫（700~1200℃）將生物質(zhì)分解，依據(jù)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(zhì)熱解重整法制氫。
熱化學(xué)法的優(yōu)點是原料廣泛，生產(chǎn)氫氣的效率較高，且可以得到多種有用副產(chǎn)物（甲醇、乙醇、醋酸等）。但成本高（設(shè)備投入、高能耗運作、焦化和積炭導(dǎo)致的維護(hù)費用等）。
利用生物的氫化酶和固氮酶將生物質(zhì)原料中的有機底物與水分子轉(zhuǎn)化為氫氣。需要依據(jù)“生產(chǎn)者”的特性，調(diào)整原料和發(fā)酵條件。目前主要有以下幾種：
藻類或植物細(xì)胞：通過光合作用直接將水分子分解為氫離子和氧氣，產(chǎn)生的氫離子通過氫化酶轉(zhuǎn)化為氫氣。
光合細(xì)菌：如紅螺菌屬等光合細(xì)菌，在光照條件下能夠利用有機物質(zhì)進(jìn)行光合作用，產(chǎn)生氫氣。它們通過將有機物中的電子傳遞給質(zhì)子，生成氫氣。
產(chǎn)氫梭菌：產(chǎn)氫梭菌（屬于厭氧菌）能夠通過發(fā)酵糖類等有機物質(zhì)產(chǎn)生氫氣。在厭氧條件下，產(chǎn)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(chǎn)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(yīng)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(nóng)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(chǎn)氫菌種作為氫氣生產(chǎn)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(zhì)制氫技術(shù)尚未完全成熟鋪開，在大規(guī)模應(yīng)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(dá)峰、碳中和目標(biāo)，因為這些優(yōu)勢，受到廣泛關(guān)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(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和能源結(jié)構(gòu)調(diào)整。在生物質(zhì)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(xué)推出的關(guān)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(guān)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(yīng)時相約、不見不散！
