山中秋已半，蓬荜晏方开。
不听夜虫话，焉知节物来。
——《次韵子我秋分一首》宋 · 刘一止
秋分，是秋季的第四个节气。这是一个兼具天文、气候、农事和文化意义的重要节气，不仅是自然昼夜的平衡点，也标志着农耕上的关键节点，从此开始，我们便正式步入了深秋时节。
本次的节气科普，带大家一起了解另外两种生物燃料。
继上期分享了微生物在沼气、酒精生产中的应用，本期我们继续介绍另外的两种生物燃料，生物柴油、氢气，了解一下“生产者”微生物在其中的贡献。
生物柴油是以植物油（棕榈、大豆、菜籽等）、动物油、废弃油脂（废弃食用油、棕榈酸化油）、微生物油脂、甚至高纤维含量的非油脂类生物质为原料，通过化学或生物技术，与甲醇、乙醇进行酯化反应，合成的可再生燃料。
据统计，2020年全球生物柴油消费量达4000万吨以上，其中欧洲占比约40%，其次是亚太、美国和巴西。生物柴油可直接作为燃料使用，如B100，也可按一定比例与传统石油柴油掺混后使用，如B20/B10/B5。
在生物柴油的生产、供给方面，基本与其消费市场相匹配，目前欧洲、印度尼西亚、美国与巴西的产量最大。
生物柴油的制备，大致流程如下：收集原料、预处理（去除磷脂、蛋白、金属等）-合成（与甲醇、乙醇酯化反应，生成柴油、甘油等）-分离（利用甘油比柴油密度大的特性，分离二者）-精制（去除柴油相中的其他杂质，如甲醇、乙醇等）。
原料：微藻生长快，油脂含量高，提取的油脂作为原料，用于生产生物柴油；
合成：将油脂原料与甲醇、乙醇进行酯化反应生产生物柴油的过程中，可由脂肪酶催化进行。而这些酶是由微生物发酵得来。目前有研究直接通过微生物发酵产烃，尚未成熟应用。
相较传统石油柴油，生物柴油属于可再生能源，具有环保特性；同时芳烃、硫含量低，对人体更友好；闪点高，储运更安全。
然而生物柴油的黏度大，易堵塞，低温启动性能不佳，而且综合成本高，仍需开发更高效的催化剂和生产技术。
生物质制氢是以生物质（如秸秆、稻壳、树枝、生活垃圾等）为原料，这些生物质中含有大量有机物，而这些有机物由碳、氢、氧等元素组成，通过各种技术手段将其中的氢元素分离出来，再经过一系列的反应和处理，最终形成氢气。实现这种转化，目前有热化学法和生物法两类。
主要是利用高温（700~1200℃）将生物质分解，依据热解条件不同，又有蒸汽气化制氢、超临界水气化制氢和生物质热解重整法制氢。
热化学法的优点是原料广泛，生产氢气的效率较高，且可以得到多种有用副产物（甲醇、乙醇、醋酸等）。但成本高（设备投入、高能耗运作、焦化和积炭导致的维护费用等）。
利用生物的氢化酶和固氮酶将生物质原料中的有机底物与水分子转化为氢气。需要依据“生产者”的特性，调整原料和发酵条件。目前主要有以下几种：
藻类或植物细胞：通过光合作用直接将水分子分解为氢离子和氧气，产生的氢离子通过氢化酶转化为氢气。
光合细菌：如红螺菌属等光合细菌，在光照条件下能够利用有机物质进行光合作用，产生氢气。它们通过将有机物中的电子传递给质子，生成氢气。
产氢梭菌：产氢梭菌（属于厌氧菌）能够通过发酵糖类等有机物质产生氢气。在厌氧条件下，产氢梭菌利用自身的酶系将糖类分解为氢气、二氧化碳和有机酸等产物。
在实践方面，2023年我国首个生物制氢及发电一体化项目在哈尔滨市启动试运行，该项目包括制氢、提纯、加压、发电、交通场景应用、发酵液综合利用六大系统。
生物制氢及发电一体化项目试运行
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其中，制氢环节以农业废弃秸秆、园林绿化废弃物、餐厨垃圾、高浓有机废水等为发酵底物，以高效厌氧产氢菌种作为氢气生产者，在处理废弃物的同时回收大量的清洁能源氢，可以避免化石能源制氢过程中对环境的污染。
总体上，生物质制氢技术尚未完全成熟铺开，在大规模应用之前尚需深入研究。
生物燃料（沼气、生物乙醇、生物柴油、氢气）可再生、环境友好、原料来源广泛、有助于实现碳达峰、碳中和目标，因为这些优势，受到广泛关注。随着研究的深入和实践，发现了不足之处，例如综合成本高、使用性能欠缺等。
自2014年的“四个革命、一个合作”，还有2022年的《“十四五”现代能源体系规划》以来，我国持续推动产业结构和能源结构调整。在生物质能源方面的探索已有一定的发展，也发现了更多机遇与挑战。中国绿色能源发展新道路道阻且长，行则将至；行而不辍，未来可期。
汉宁“二十四节气”科普是汉宁化学推出的关于微生物的科普栏目。我们将以中国传统的二十四节气为时间线，定期推出微生物相关主题的科普短文。“四季有序，万物有时”，让我们“寄知识于时节”，一起探索微生物世界：汉宁与您应时相约、不见不散！
