《欧盟发布新可再生资源研究计划开发生化制剂》

  • 来源专题:生物科技领域知识集成服务
  • 编译者: 郑颖
  • 发布时间:2014-05-06
  • 欧盟2014年2月28日发布新的可再生资源研究计划BIO-QED,旨在提升生化制剂的生产能力。

    欧盟生化制剂战略的重点是再次调整欧洲经济结构和可持续利用资源。来自意大利、德国、法国、荷兰、克罗地亚和西班牙6个欧洲国家的10家机构:德国弗劳恩霍夫协会、德国可回收资源市场调查与经济研究所、意大利Novamont公司、嘉吉公司、路博润公司、Rina公司、荷兰应用科学研究院、Miplast公司、Patentopolis公司和Mater-Biotech公司参与该计划。这些机构希望能通过该计划降低生物基化学品的大批量生产成本,并提高其可持续性。

    该计划将重点研发可再生资源工业化生产化学品1,4-丁二醇(BDO)和甲叉丁二酸(IA)的关键路径,它们是参与该计划的七家企业的重点产品。研究计划将获得欧盟第七框架计划为期四年的资助,并已于2014年1月1日开始执行。

相关报告
  • 《欧洲能源研究联盟发布生物能源战略研究与创新议程》

    • 来源专题:中国科学院文献情报先进能源知识资源中心 |领域情报网
    • 编译者:guokm
    • 发布时间:2019-08-05
    • 近期,欧洲能源研究联盟(EERA)发布《生物能源战略研究与创新议程》 ,确定了到2030年及之后的欧洲生物能源研究创新优先事项,旨在最大程度发挥生物能源在能源脱碳中的作用,加速推进战略能源技术规划(SET-Plan)实施,促进能源系统转型。该议程共提出了5个优先开展的研究领域子计划:生物质可持续生产;生物质热化学转化制备生物燃料和生物基产品;生物质生化转化制备生物燃料和生物基产品;固定式生物能源利用;生物能源的可持续性、技术经济分析和公众生物能源知识普及。在本次发布的议程中仅介绍了前4个子计划,第5个子计划将在之后发布的版本中阐述。前4个子计划的具体内容如下: 一、生物质可持续生产 本领域的研究重点是最大限度扩大生物质转化工厂的生物质资源来源,提供安全和灵活的供应,提升原料质量,降低环境影响和原料成本。将重点针对四种类型生物质:林业生物质、农业生物质、藻类生物质和生物质废弃物。 1、林业生物质 (1)提高林业生物质产量:培育多样性树木和新型物种;扩展知识并使用新的管理实践和策略;改进采伐和运输技术;开发林业可持续管理方法。 (2)开发支持生物质市场供应的工具:分析供需因素及其相互关系;运输和物流数字化转型以提高林业生物质生产的经济效应。 (3)通过经济、人文和社会科学推动林业部门的发展:调整激励措施和法规;欧洲林业系统的案例研究及利用。 2、农业生物质 (1)提高对农业生物质的了解:增加对粮食作物和残留物利用的认识;增加对木质纤维素作物的认识;增加生物精炼系统中使用豆类作物的知识;设计和优化集成不同作物的创新系统。 (2)优化原料供应系统和物流链:改善作物光合作用;设计合适的植物特性和环境性能;开发生物能源种植系统模型;优化供应链和物流。 (3)评估生物质农业生产系统和公共政策的影响:生物能源生产整个价值链的生命周期分析(LCA);分析认证计划和政策框架的影响;生物能源系统部署方案和案例研究分析。 3、藻类生物质 (1)菌株(生物多样性筛选或菌株基因工程):选择和优化能够提高总体过程效率的菌株;用于工业生产的高产量菌株的选择和优化;用于工业户外生产的抗污染菌株的选择和优化。 (2)微藻照明和收集过程的创新:低成本和低能耗收集;开发用于大规模生产的强化光生物反应器;开发从气体和液体排放物中生产微藻。 (3)海藻种植创新:开发先进培养基材;开发自动化收集系统;开发稳定的存储和物流链。 (4)系统集成:开发从气体和液体排放物中生产微藻;有价值副产品的联合回收;开发流程模型,与整个生产链的经济和LCA模型相结合。 4、生物质废弃物 (1)增加从生物质废弃物获取能源的可能性:改进废弃物原料准备;扩大废弃物原料的使用;项目规划和工程。 (2)反应机理及相关环境影响研究:生物、化学和物理机理及其相互作用研究;计量需求及新型数字工具开发;废弃物转化对气候、水、空气质量、气味、土壤的正面及负面影响研究。 (3)开展废弃物利用的社会和市场推广的相关研究:经济风险和新型商业模式分析;实施废弃物转化技术的社会障碍和激励措施研究。 二、生物质热化学转化制备生物燃料和生物基产品 本领域研究重点是提高效率、降低温室气体排放和成本,重点关注开发一次热化学转化工艺、下游加工工艺以及先进生物燃料和中间体价值链。 1、生物质热化学工艺开发 (1)生物质气化:改善气化炉性能;提高原料灵活性;优化产品气体成分用于下游加工;开发创新气化工艺。 (2)生物质热解:改进工艺性能以提高生物质原油质量;扩展原材料来源,开发更廉价的低质量原材料;开发新模型以促进工艺机理研究。 (3)生物质碳化:提高固体生物能源载体质量;扩展原材料来源,处理低质量原料;采用热/蒸汽处理工艺开发新的高附加值产品。 (4)生物质水热处理:基本机理研究;优化反应器和工艺,扩大规模;开发水热工艺的通用/标准数据分析报告方法。 2、下游产品加工 (1)气体净化:优化单个气体净化工艺;开发集成气体净化系统;改进取样、测量和控制技术。 (2)气体调节和提纯及产品回收:生物质调节/提纯工艺的改进,或开发更耐污染物的替代工艺;改进催化剂/吸附剂再生过程,开发废催化剂/吸附剂利用和再循环工艺;开发产品分离方法。 (3)生物质原油净化、调节和提质:生物质原油净化与调节;开发和测试高效液体提纯催化剂;开发废水处理和利用技术,包括副产品回收。 (4)固体产品调节和提纯 :生物焦的分离/纯化和表征;生物焦提纯(如活化、致密化等)和利用的评估。 3、先进生物燃料和中间体价值链 (1)基于气化的先进生物燃料生产:优化基于气化的生物燃料生产系统;开发用于商业生物燃料的化学品/材料联合生产技术;利用可再生氢气和生物质碳捕集开发基于气化的集成生物燃料生产技术。 (2)基于热解的生物油和先进生物燃料生产:整体系统优化和验证;燃料和化学品联合生产;集成优化。 (3)基于热/蒸汽处理的固体生物能载体生产:开发集成非能源联产品的智能系统设计;通过集成优化系统设计。 三、生物质生化转化制备生物燃料和生物基产品 本领域研究重点是生产先进生物燃料的生化及化学工艺和技术,以及从木质纤维素生物质中生产沼气、合成气、氢气等生物基产品。 1、细胞工厂和酶 (1)新型酶和酶性能:开发用于生物基化学合成和生物燃料合成的酶;生物木质素解聚;提高用于木质纤维素生物质预处理的半纤维素酶的效率。 (2)提高微生物和藻类细胞工厂现有生化途径的效率:非偶联生长和发酵;提高辅助代谢途径的通量;开发用于将合成气转化为液体生物燃料和其他生物基产品的工程微生物菌株;研究用于人工光合作用的微生物和酶。 (3)通过新的途径开发新型微生物系统,包括联合生物加工微生物和混合培养物的设计:木质纤维素水解发酵制备燃料;作为新型生物燃料平台的乙醇的联合生物加工生产;用非常规酵母提高替代柴油和喷气燃料的长链脂肪酸生产过程的碳转化效率。 2、原料制备、解构和分馏 (1)提高现有生物质分馏技术的效率:提高当前生物燃料工厂的转化率和能源效率,最大限度地减少木质纤维素生物质预处理对环境的影响;藻类分馏。 (2)开发新型分馏技术,包括合成气及其他气体的净化:开发生物质分馏的新破坏性方法;开发用于沼气净化和提纯的固体材料。 3、生物化学和/或化学转化制备先进生物燃料和生物产品 (1)提高乙醇、高级醇、脂肪酸、碳氢化合物和氢气的生物过程效率:提高工业酵母和细菌对木质纤维素水解液中抑制物的耐受性;生物过程集约化。 (2)提高(生物)催化剂将生物产品提纯为先进生物燃料的效率:生物质水解产物的直接催化提纯以生产烃类生物燃料;从发酵液中催化提纯制备生物制品。 (3)提高从合成气、H2和/或CO2发酵到生物燃料和/或生物能载体生产的碳转化效率:用于气体发酵的新型生物反应器;提高原料合成气中氢和CO发酵细菌的发酵速率和耐受性;藻类或细菌生产生物氢或生物甲烷。 (4)侧流回收:通过生物和/或化学转化回收生物燃料植物中的半纤维素;通过生物和/或化学转化回收生物燃料植物中的木质素;其他生物精炼侧流回收。 (5)基于生物化学的生物精炼集成:开发原位产品回收(ISPR)技术;开发生物化学生物炼油厂LCA子模型;将侧流生物强化技术与先进的生物燃料工厂整合或改造现有的能源和/或工业工厂。 四、固定式生物能源利用 本领域研究重点是开发高效、灵活、可负担、环保的热、电、冷联产系统,涵盖从小型住宅到大型电厂所有规模。 1、住宅/家庭供暖和制冷,包括微型热电联产(CHP) (1)住宅可再生能源供暖和制冷:用户/客户行为及需求;开发家用木材加热器;集成生物能的综合能源系统。 (2)生物质微型CHP:定制燃料;零排放建筑的CHP技术;新型集成/混合/联合能源系统,如智能热电网中的多燃料生物CHP。 (3)生物质冷热电联产(CCHP):采用低成本载体提高经济效益;低成本废热发电和制冷的新技术路线;为住宅建筑提供经济有效的供暖和制冷分配。 (4)排放:开发新的或优化现有CCHP降低排放的主要和次要措施,以减少NOx、SOx和颗粒物;开发经济有效的测量和诊断技术。 2、中大型热电冷联产(CHCP) (1)通过灵活性促进能源系统脱碳:改进CHCP性能提高灵活性;灵活的CHCP用于发电、供热和制冷;生物质燃烧混合系统和生物碳捕集、利用与封存。 (2)数字化和先进运行:中型CHCP(1-20 MW)的智能运行和全自动控制;将供热厂升级为热电联产;先进的排放和空气污染控制。 (3)低质燃料和循环经济:灵活的固体和液体生物燃料处理、储存和供料;循环经济和固体残留物管理。 3、大型化石燃料电厂和生物炼制能源岛的转型 (1)大型化石燃料电厂转型:发电厂全面改造;灵活高效运营。 (2)用于加热和发电的生物精炼厂残渣加工:将生物精炼厂残留物提纯为能源载体以及用于加热和发电;通过一次生物精炼工艺改善残留物质量。 (3)生物炼制能源岛的系统和工厂设计:将现有的发电厂和CHP整合到生物精炼和更大的工业环境中;通过一次生物精炼工艺改善残留物质量。
  • 《DOE发布氢能计划发展规划提出研发重点及发展目标》

    • 来源专题:能源情报网信息监测服务平台
    • 编译者:guokm
    • 发布时间:2021-03-28
    • 2020年11月12日,美国能源部(DOE)发布《氢能计划发展规划》,提出了未来十年及更长时期氢能研究、开发和示范的总体战略框架。该方案更新了DOE早在2002年发布的《国家氢能路线图》以及2004年启动的“氢能计划”提出的战略规划,综合考虑了DOE多个办公室先后发布的氢能相关计划文件,如化石燃料办公室的氢能战略、能效和可再生能源办公室的氢能和燃料电池技术多年期研发计划、核能办公室的氢能相关计划、科学办公室的《氢经济基础研究需求》报告等,明确了氢能发展的核心技术领域、需求和挑战以及研发重点,并提出了氢能计划的主要技术经济指标。关键内容如下: 一、“氢能计划”使命及目标 DOE“氢能计划”使命为:研究、开发和验证氢能转化相关技术(包括燃料电池和燃气轮机),并解决机构和市场壁垒,最终实现跨应用领域的广泛部署。该计划将利用多样化的国内资源开发氢能,以确保丰富、可靠且可负担的清洁能源供应。 “氢能计划”设定了氢能发展到2030年的技术和经济指标,主要包括:①电解槽成本降至300美元/千瓦,运行寿命达到80 000小时,系统转换效率达到65%,工业和电力部门用氢价格降至1美元/千克,交通部门用氢价格降至2美元/千克;②早期市场中交通部门氢气输配成本降至5美元/千克,最终扩大的高价值产品市场中氢气输配成本降至2美元/千克;③车载储氢系统成本在能量密度2.2千瓦时/千克、1.7千瓦时/升下达到8美元/千瓦时,便携式燃料电池电源系统储氢成本在能量密度1千瓦时/千克、1.3千瓦时/升下达到0.5美元/千瓦时,储氢罐用高强度碳纤维成本达到13美元/千克;④用于长途重型卡车的质子交换膜燃料电池系统成本降至80美元/千瓦,运行寿命达到25 000小时,用于固定式发电的固体氧化物燃料电池系统成本降至900美元/千瓦,运行寿命达到40 000小时。 二、氢能系统的技术需求及挑战 1、制氢。该领域的技术需求和挑战为:①开发成本更低、效率更高、更耐用的电解槽;②重整、气化和热解制氢技术的先进设计;③开发利用可再生能源、化石能源和核能的创新制氢技术,包括混合制氢系统以及原料灵活的方法;④开发从水、化石燃料、生物质和废弃物中生产氢气的高效低成本技术;⑤开发低成本和环境友好的碳捕集、利用和封存(CCUS)技术。 2、输运氢。该领域的技术需求和挑战为:①开发成本更低、更可靠的氢气分配和输送系统;②开发氢气分配的先进技术和概念,包括液化和化学氢载体;③氢气输运的通行权和许可,以及降低部署输运氢基础设施的投资风险。 3、储氢。该领域的技术需求和挑战为:①开发低成本储氢系统;②开发更高储氢容量、重量和体积更小的储氢介质;③开发大规模储氢设施,包括现场大量应急供应和地质储氢;④优化储氢策略,将氢气存储设施布置于最终用途附近,以满足吞吐量和动态响应要求,并降低投资成本。 4、氢转化。该领域的技术开发需求和挑战为:①开发可大规模生产的低成本、更耐用、更可靠的燃料电池;②开发以高浓度氢气或纯氢为燃料的涡轮机;③开发和示范大规模混合系统。 5、终端应用和综合能源系统。该领域的技术需求和挑战为:①系统集成、测试和验证,以识别和解决各应用的特有挑战;②终端应用的示范,包括钢铁制造、氨生产以及利用氢气和二氧化碳生产合成燃料的技术;③示范电网集成以验证氢用于储能和电网服务。 6、制造和供应链。该领域的技术需求和挑战为:①标准化制造流程、质量控制和优化制造设计;②增材制造和自动化制造工艺;③可回收和减少废物的设计。 7、安全、规范和标准。该领域的技术需求和挑战为:①适用、统一的规范和标准,用于所有终端应用,包括燃烧(如涡轮机)以及燃料电池(如卡车、船舶和铁路等需大规模加注氢气的重型应用);②改进安全信息、分享最佳做法和经验教训。 8、教育和专业人员。该领域的技术需求和挑战为:①针对不同利益相关方的教育资源和培训计划,包括应急响应人员、标准规范人员和技术人员(例如,氢及相关技术的操作、维护和处理);②获得关于氢能相关技术的准确、客观信息。 三、近、中、长期技术开发选项 DOE基于近年来氢能关键技术的成熟度和预期需求,提出了近、中、长期的技术开发选项,具体包括: 1、近期。①制氢:配备CCUS的煤炭、生物质和废弃物气化制氢技术;先进的化石燃料和生物质重整/转化技术;电解制氢技术(低温、高温)。②输运氢:现场制氢配送;气氢长管拖车;液氢槽车。③储氢:高压气态储氢;低温液态储氢。④氢转化:燃气轮机;燃料电池。⑤氢应用:氢制燃料;航空;便携式电源。 2、中期。①输运氢:化学氢载体。②储氢:地质储氢(如洞穴、枯竭油气藏)。③氢转化:先进燃烧;下一代燃料电池。④氢应用:注入天然气管道;分布式固定电源;交通运输;分布式燃料电池热电联产;工业和化学过程;国防、安全和后勤应用。 3、长期。①制氢:先进生物/微生物制氢;先进热/光电化学水解制氢。②输运氢:大规模管道运输和配送。③储氢:基于材料的储氢技术。④氢转化:燃料电池与燃烧混合系统;可逆燃料电池。⑤氢应用:公用事业系统;综合能源系统。 四、关键技术领域研发及示范重点 1、制氢 该领域的研发和示范重点事项包括:①开发减少铂系金属含量的新型催化剂和电催化剂;②开发分布式和大容量电力系统的模块式气化和电解系统;③开发低成本、耐用的膜和分离材料;④开发新型、耐用、低成本的热化学和光电化学材料;⑤加速应力试验并探索退化机制以提高耐久性;⑥降低自热重整等重整技术的资金成本;⑦改进辅助系统(BOP)组件和子系统,如电力电子、净化和热气体净化;⑧通过组件设计和材料集成实现大规模生产和制造;⑨包括电力和氢的多联产可逆燃料电池系统;⑩系统设计、混合和优化,包括过程强化。 2、输运氢 该领域的研发和示范重点事项包括:①材料在高压或低温下与氢的相容性;②氢液化的创新技术;③用于氢气储存、运输和释放的载体材料和催化剂;④用于氢气低成本分配的创新组件(如压缩机、储氢罐、加氢机、喷嘴等)。 3、储氢 该领域的研发和示范重点事项包括:①降低材料、组件和系统成本;②开发用于高压罐的低成本高强度碳纤维;③开发与氢气相容的耐久、安全性好的材料;④低温液态储氢和冷/低温压缩储氢的研究、开发和示范;⑤发现和优化储氢材料,以满足重量、体积、动力学和其他性能要求;⑥利用化学氢载体优化储氢效率;⑦以化学载体形式储氢用于氢燃气轮机;⑧地质储氢的识别、评估和论证;⑨氢和氢载体出口的系统分析;⑩研究可广泛部署的储氢技术和终端用途的优化目标;研发用于安全、高效和稳定储氢的传感器和其他技术。 4、氢转化 (1)氢燃烧方面,重点关注如下事项:①在简单循环和组合循环中实现燃料中更高的氢浓度(最高达100%);②研究燃烧行为并优化低NOx燃烧的组件设计;③应用和开发先进计算流体动力学;④开发先进的燃烧室制造技术;⑤开发新材料、涂层和冷却方案;⑥优化转换效率;⑦提高耐用性和寿命,降低成本,包括运维成本;⑧开发系统优化和控制方案;⑨评估和缓解水分对传热和陶瓷退化的影响;⑩开发和测试氢燃烧改装组件;实现碳中性燃料(氨气、乙醇蒸汽)的燃烧。 (2)质子交换膜燃料电池方面,重点关注如下事项:①通过材料研发,降低铂族金属催化剂的负载量;②开发耐高温、低成本、耐用膜材料;③改进组件设计和材料集成,以优化可制造和可扩展的膜电极组件的电极结构;④开发自供燃料的燃料电池所用碳中性燃料的内部重整技术;⑤加速压力测试,探索老化机理以及缓解方法;⑥改进BOP组件,包括压缩机和电力电子设备;⑦开发适用于多种重型车辆的标准化、模块化堆栈和系统;⑧改进混合和优化系统的设计。 (3)固体氧化物燃料电池方面,重点关注如下事项:①研发材料以降低成本并解决高温运行相关问题;②管理燃料电池电堆中的热量和气体流量;③解决堆栈和BOP系统的集成、控制和优化,以实现负荷跟踪和模块化应用;④改进BOP组件,包括压缩机和电力电子设备;⑤开发标准化、模块化堆栈;⑥进一步研究杂质对材料和性能的影响;⑦系统设计、混合和优化,包括可逆燃料电池。 5、终端应用 该领域的研发和示范重点事项包括:①为氢能的特定用途制定严格的目标;②解决各终端应用中的材料兼容性问题;③降低成本,提高工业规模电解槽、燃料电池系统、燃气轮机和发动机以及混合动力系统的耐用性和效率;④组件和系统级的集成和优化,包括BOP系统和组件;⑤集成系统的优化控制,包括网络安全;⑥制造和规模扩大,包括过程强化;⑦协调规范和标准,包括氢气加注协议;⑧开发新的氢能应用的容量扩展模型,以确定其经济性。