第七讲生物技术概论2

1、第七讲 生 物 技 术 概 论第三节 资源环境与生物技术本 讲 要 点一、资源1、资源的分类2、全球资源的现状二、环境环境问题的现状 三、资资源利用与环境保护护的原则则1、产生资源与环境问题的根源2、保护与利用的原则四、生物技术对人类生产方式的改造1、生物技术是可持续发展的关键2、生物能源一、资源自然资源:存在于自然界并能为人类所利用以满足其生活和生 产需要的物质和能量。 按资源量是否受人类利用的显著影响可分为：非枯竭性自然资源（如太阳能、风能）可枯竭性自然资源（如矿物、生物、土地资源）非枯竭性自然资源（如大气和水资源）也会受到人类影响。可枯竭性自然资资源又可根据能否自我更新而分为为：可再生性自然资资源（如生物资源、地区性水资源）非再生性自然资资源（如各种矿物资源）（一）资源问题的现状1. 土地资源 ：水土流失，土地的沙漠化 ，土地退化。我国损失耕地2000平方公里/年 ，沙漠化，固体废弃物9.5亿吨 /年，危险品1000万吨/年，污 染土壤被沙漠掩盖的胡杨林黄土高原东 北 盐 碱 化 的 土 地2.水资源 ：人均淡水贫乏 、水资源分布不均 、水污染日益严重。我国七大水系，符合类以上水

2、质的（可供生活饮用）仅有29.1%， 90%以上严重污染。3.能源 能源是工农业生产和人们生活的重要物质基础。包括阳光、风、流水、地热、潮汐、木材和各种矿物燃料。石油、煤炭、天然气占世界总能源消费的90%。全球石油8000万桶/天中国：煤炭68.7%，石油21.2%，天然气2.8%，水电7.3%。 化石资源是生物利用太阳能，固定二氧化碳，产生生物质，生 物质被埋藏后变为化石资源，能量高度集中，利用效率高，极大促 进了人类社会的物质生产。但化石资源是非再生性的资源。化石资源日益匮乏成为最突出的全球性资源问题。石 油：50100年天然气：75120年，煤 炭：200300年美国，全球5人口消耗全球1/4石油，11L/人天，20年后增长 50%我国2003年成世界第二石油消费国， 2005年3.17亿吨/年，43% 需要进口。现在520万桶/天1000万桶/天， 2025年据预测，世界大部分国家 石油将在20年内采完，中 东可采100年近几年来能源价格已 经暴涨。高油价促使人们加大对化石燃料的开发如果没有前瞻性的能源政策？石油、天然气煤油页岩焦油砂易开采，清洁难开采，破坏大文明崩溃人们已经认

3、识到全世界的石油产量有可能在2016年达到峰 值，如现在不寻找替代能源，全球经济将崩溃。然而传统清洁能源发展存在困难水电：清洁，发电量大，技术成熟但投资大、明显影响环境，埃及的阿斯旺水库处境尴尬核能：法国达70%，但投资大、有一定危险性，大部分民众担忧核电发展风能：丹麦达20%，清洁但噪音大、占地，影响观瞻，还存在能量存储的问题德国居民反对新建风力发电在风力发电基座上喷写标语 太阳能：西班牙规定新建筑物必须安装太阳能设施但目前的发电成本高为传统火力发电的12倍且供电不稳，能量存储难必须需要寻找廉价且更容易实施的替代能源！4.生物资资源 生物资源是一种可再生的自然资源，在一定条件下可以自我更新。尤其是光合生物利用太阳能，固定二氧化碳，可产生能量。但生物资源并非取之不尽，用之不竭。森林资源 自1950年以来已损失了50%，草地资源面临退化 和荒漠化的严重威胁，野生生物资源自18世纪以 来已经损失1533%。二、环境（一）环环境问题问题 的现现状 1.温室效应与全球变暖 大气中二氧化碳、甲烷和氮氧化合物含量越高，热外流越受阻，从 而地表温度也升得越高，称为温室效应。人类大量使用各种化石资源，

4、温室气体排放迅速增加 在过去100年内全球平均气温升高了0.6，预计21世纪末 全球平均气温将升高3，冰川融化，到2100年世界海平面 将升高0.62米。 气温升高导致全球出现各种灾害性气候，台风、洪水、干 旱等灾害频发。2.臭氧层层破坏 臭氧层存在于地球大气层上部平流层是地球生物保护屏障 人类活动排放到高空的氯氟烃 如氟利昂（CFCl3）等含有大 量自由氯原子能催化分解大量 臭氧分子，破坏了平流层中臭 氧的平衡，出现臭氧层变薄甚 至产生臭氧空洞按现行减少速度，到2075年，臭 氧将比1985年减少40%，全球皮 肤癌患者将达1.5亿人。臭氧空洞 还在继续扩大3.酸雨 酸雨是指pH值小于5.6的酸性降水大气中的SO2和NO在强光照射下 发生光化学氧化作用，并与水汽 结合而形成硫酸和硝酸导致雨水 呈酸性。产生酸雨的物质主要来 源于人类生产生活中矿物燃料的 燃烧，尤其是煤炭和石油。 4. 环境污染 环环境污污染包括：大气污污染、水体污污染、土壤污污染和噪音污污染等世界十大污污染城市中有太原、北京、兰兰州、重庆庆等8个中国城市大气、水体、土壤三者 的污污染不是孤立的，它 们们能互相影响 我国

5、1/3城市大气属于重污染 ，2020年仅燃煤污染导致的 疾病就要支付3900亿美元的 费用，约占GDP的13%三、资资源利用与环境保护护的原则则（一）全球性资源与环境危机产生的根源在人类中心主义的价值观指导下的人类活动导致人与自然 界的关系不和谐，人类向自然无节制地索取和不合理的开发利 用是资源出现枯竭危机的直接原因，伴随经济-社会的全球性 进程，人类不恰当的开发利用与不合理的生产活动，使环境产 生了对人类不利的变化。 壳牌公司对加拿大北方焦油砂的开采，严重破坏了当地的土壤、植 被与河流。提取过程中需使用大量热水和化学溶剂将沥青从焦油砂 中洗出，并在500高温下分解为焦油，已经严重影响到当地天然气 资源的供应。 例如汽油，如果考虑到其不可 再生和使用后对环境及人类的 影响，其价格将是现在的2.6倍人们并没有珍惜资源，资源的 价格并没有真正反映其价值。如何解决资源及环境问题？必须改变我们的传统生产方式！1.走可持续发展的道路 1987年联合国提出了可持续发展的科学观点“在不危及后代人满足其环境资源需求的前提下，寻找满 足当代人需要的发展途径”2.保护生物多样性1992年联合国通过的生物多

6、样性公约生物多样样性是指一定空间范围内生物及 其组成的系统的总体多样性和变异性,是 生物资资源的一个标标志，支撑着人类类的生 存和发发展，实质实质 就是保护护人类类自己， 保护护人类类文明的延续续。（二）资资源利用与环境保护护的原则则3.必须发展生态态工艺艺和绿绿色技术术 以往的局限性：社会物质生产过程按“原料-产品-废料”的模式进 行，它以排放大量废料为特征，原料只有4被利用。生物圈的物质生产是一种无废料的生产，生态系统的技术原则 和组织原则是非线性和循环的 生态工艺：输入生产系统的物质被逐级或循环使用，最后的剩余物 经过处理以对生命和环境无害的形式排放。其生产过程可用“原料-产品-剩余物-产品”模式表示化石经济时代后化石经济时代无化石经济时代四、生物技术对人类生产方式的改造（一）生物技术是可持续发展的关键“后化石经济时代”即将到来！布什1月31日发表的政府国情咨文提到: We have a serious problem: America is addicted to oil, which is often imported from unstable parts of the w

7、orld. The best way to break this addiction is through technology. Breakthroughs on new technologies will help us reach a great goal: to replace more than 75 percent of our oil imports from the Middle East by 2025. By applying the talent and technology of America, this country can dramatically improve our environment, move beyond a petroleum-based economy. 瑞典欧洲重要石油消费国The environmentally progressive Scandinavian nation has announced one of its most ambitious goals yet: to completely end its depend

8、ency on fossil fuels - and do it in the next 15 years. “Our dependency on oil should be broken by 2020”，said Mona Sahlin, the minister of Sustainable Development. “We want to be both mentally and technically prepared for a world without oil”, said Martin Larsson “后化石经济时代”即将到来！化石资源的化石资源的替代替代能源能源资源资源环境环境社会经济社会经济可持续发展可持续发展化石经济化石经济寻求化石资源的替代寻求化石资源的替代已经成为已经成为社会经济可持续发展社会经济可持续发展 的重大战略方向的重大战略方向利用可再生资源利用可再生资源 的新经济模式的新经济模式地球上所有的生命依赖于植物和 藻类，它们可以通过光合作用固 定太阳能与CO2，提供能量，是 生物资源和化石资源的基础。可再生资源的解决思路？人类的发展一直在依靠经生物转化

9、的资源 未来仍然要依靠生物转化的资源自然生 物质资 源转化阳阳 光光原始文明 食物工业文明 化石原料农耕文明 衣食住行1万年3千年2百年文 明 演 化 方 向新文明未来提供可持续发展的物质基础提供可持续发展的物质基础 光合作用产生的光合作用产生的 生物质循环生物质循环目前世界目前世界 化石资源消耗化石资源消耗仅需使用小于仅需使用小于 10% 10% 生物质循环，生物质循环， 即可替代化石资源即可替代化石资源95950 0亿吨亿吨 C C年年65 65 亿吨亿吨C C年年发展生物经济的可行性生物经济的发展模式 并不是简单地回归到古代的农耕时代 必须与现有的科学技术、生产方式充分接轨，充分利 用现有的科学文明与技术探索新的发展模式植物固定能量生物技术转化与提取提供能源与基础产品石油精炼有机化学化工过程 化学反应多步 溶剂, 催化剂 能量 石油工业石油石脑油石油 化学产品关键 化合物乙烯、丙烯 、丁二烯 苯、甲苯。 二甲苯 CO2短缺燃料生物能源 生物材料 大宗化学品生物有机化学新化学工业过程生物催化 化学催化 工艺绿艺绿色化生物质化学工业太阳能H2O CO2可持续 发展分解 关键 化合物葡萄糖 脂肪酸 （二）生物能源生物能源是指利用生物可再生原料及太阳能生产的 能源,包括生物质能、生物液体燃料及利用生物质 生产的能源。 如燃料乙醇、生物柴油、生物质气化及液化燃料、生物制氢等。 我国属于太阳能资源丰富的国家，面积每年接受的太阳能相当于2.4万亿吨标准煤。我国生物质的生产总量，近60亿吨，可期望转化 为生物能源的约为30-35亿吨标煤。这是我国发展生物技术产业永不匮缺的资源1、燃料乙醇乙醇汽油是在汽油中填加乙醇（522%），其排放污染仅为汽油的1/3 。采用专用乙醇发动机，几乎无污染。生物乙醇就是利用酵母等微生物将葡萄糖降解为乙醇巴西是发展燃料乙醇的成功典范生物乙醇793万吨/2000年，1550万辆汽车/350万辆摩托车使 用燃料乙醇。耗资65亿美元，获利89亿美元， 节省石油进口外汇465.5亿美元。1979-1995年间减少二氧化碳排放 量达6500万吨。提供了约100万个直接就业位置 和5

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