资源循环科学与工程专业“生物质转化与利用”课程建设探讨

赵 岩，杨丽群，刘 银

（1.安徽理工大学材料科学与工程学院，安徽淮南232001；2.安徽理工大学附属小学，安徽淮南232001）

随着人类社会的发展，化石能源消耗量逐年增加，大量使用化石能源后所带来的环境污染加剧，地球生态恶化，迫使人类不得不发展绿色可再生能源和资源的循环利用。针对这一迫切需求，我国于2011年在高校开设了资源循环科学与工程专业，该专业是为了满足国家节能减排、低碳经济及循环经济等战略性新兴产业对高素质人才的迫切需求而设立的，属于新兴交叉学科专业。“生物质转化与利用”是作为资源循环科学与工程专业的专业课程而开设。

1 “生物质转化与利用”课程开设的必要性

目前，生物质资源的开发和利用受到世界各国的高度重视，特别是化石能源日益减少以及使用后带来的环境问题，使得发展生物质资源部分替代目前化石资源势在必行。生物质是一种绿色环保的可再生资源，它包括所有的植物、微生物以及以植物、微生物为食物的动物及其生产的废弃物，如农林业生产过程中的粮食、果实，以及剩余的秸秆、树木等木质纤维素、农产品加工业下脚料、农林废弃物及畜牧业生产过程中的禽畜粪便和废弃物等物质。生物质来源于植物吸收二氧化碳进行光合作用，因此生物质资源的使用实现了二氧化碳的零排放，能够有效缓解地球上由于化石能源使用所带来的日益严重的环境问题[1]。地球每年产生的生物质总量约1 700亿吨，其能量相当于全球每年消耗能量的10倍，但是目前利用率还不足每年消耗能量的7%，因此生物质资源将是未来的主要资源之一。生物质是一种有机碳构成的植物能源，生物质也是目前唯一能够转化制备液体燃料和化学品的可再生资源。生物质资源的高效开发利用，对解决能源、化工原料来源及生态环境问题将起到十分积极的作用。所以，在目前的形势下资源循环科学与工程专业发展方向中的特色课程建设中开设“生物质的资源化利用”课程很有必要，可以加强发挥资源循环科学与工程专业的交叉学科的优势，加强融合高分子材料专业、化学工程专业、环境科学等专业课程体系建设，加强学生对生物质资源化利用的认识，培养专业性生物质资源化利用人才，这也符合资源循环科学与工程专业的建设目标。

2 “生物质转化与利用”课程建设内容

2.1 结合地区发展，精选课程讲义

地理位置和教学传统的不同导致了每个学校在开设生物质课程中的建设内容上有一定的差异[2]。安徽理工大学作为一所理工院校，在传统的能源研究上有一定的积累，所以在教材选择上偏向能源的转化和利用；同时我校是在本科教育的第七个学期开始本课程的讲授，作为一门面向即将毕业学生的专业课程。因此，“生物质转化与利用”课程都是结合最新的科研资料（文献报道）和能源类出版的书籍（包括《生物质能源利用技术》《生物质热化学转换技术》《生物质能源工程与技术》《生物质能源与废弃物资源利用》《生物质能技术与应用》等）进行综合，重点对生物质到能源和化学品方面转化的课程内容进行讲解。课堂上穿插讲述目前已商业化应用的生物质企业，包括它们运营的大致情况，所用的转化技术、工艺路线等，以扩大学生的知识面。

2.2 “生物质转化与利用”课程教学内容及体系建设

“生物质转化与利用”是一门以生物质高效转化利用为研究对象的应用性基础学科。生物质转化与利用的方法有很多，这是一门典型的交叉学科课程，涉及化学、化工、生物、能源等多个学科的相关知识[3]。生物质转化主要包括热化学转化（直接燃烧、热解液化、气化、炭化等）和生化转化（沼气、生物乙醇、制氢等）。除此之外，生物质转化技术还包含了生物质压缩成型技术、生物柴油技术、生物质水热转化技术和生物质合成气制备燃料技术。本校的“生物质转化与利用”课程教学内容主要基于上述能源技术进行设置，包括六个部分。

第1章生物质简介。本章涉及到生物质和生物质能的定义，介绍生物质的种类、成分、组成和生物质资源量估算方法、生物质能源和主要的能源植物。

第2章生物质制备成型燃料。本章主要介绍生物质压缩成型和直接燃烧技术，涉及生物质压缩成型的概念、原理、成型流程、压缩成型的性能指标，了解生物质成型燃料的特性；同时讲述生物质直接燃烧技术和设备，以及生物质热解炭化的原理、技术和主要设备等。

第3章生物质热解制备液体燃料。本章涉及生物质热裂解的概念和原理、反应过程和产物分布、热解反应的影响因素。生物质热裂解的工艺类型包括快速热解、快速液化技术和工艺、快速热解和液化相关的反应器设备，以及生物质直接液化技术和产物生物油的燃料特性。了解热解液化的实施途径、热解液化反应流程、反应设备、液化油的性质和应用。

第4章生物质水热和生物转化液化技术。本章涉及生物质水热转化制备化学品和能源燃料的发展历史和现状，包含生物质水热制备能源化学品5-羟甲基糠醛，烷烃燃料和生物发酵制备乙醇等工艺技术，生物质发酵法制乙醇中的纤维素水解（酸水解、酶水解）制乙醇工艺发展等。

第5章生物质制备气体燃料。本章涉及生物质热解气化和生物发酵气化制备可燃气两个部分。生物质热解气化技术中包括原料、气化反应原理、反应动力学、生物质气化评价参数、典型工艺介绍，生物质气化的应用以及燃气的净化等。生物发酵制备沼气的发酵条件，了解发酵微生物学原理、发酵条件，以及沼气发酵工艺、沼气池设计、大中型沼气工程技术等。

第6章生物柴油的制备技术。本章主要包括制备生物柴油所需要的原料来源、能源作物的种类与分布，以及目前生物柴油制备工艺路线和技术，了解生物柴油未来发展的新方向和新技术。

2.3 课程的教学方法

“生物质转化与利用”是一门学科交叉的专业性课程，涉及到材料、化学和热能工程等学科，教学上需要扩大知识面和提高实践性教学。教学方式需要采用课堂教学和实践教学相辅的形式进行。课堂上主要对专业性的定义、理论进行理解，同时就目前已经成熟的工艺技术和最新出现的新技术、新方法的文献报道进行学习和点评。课堂上展开讨论，培养学生独立思考的习惯，加强学生创新意识的培养。实践教学环节注重培养学生学习探索兴趣，实践中理解秸秆、生活垃圾等生物质资源的直接燃烧、热化学转化、沼气制备等技术。课堂上通过大量图片、视频资料提高学生对生物质能源在实际生活中利用方式的认识。开设秸秆热解转化制备生物油，以及生物柴油的制备实验，提高学生对知识的理解和动手能力。

3 教学展望

资源循环科学与工程专业开设“生物质转化与利用”课程符合专业的培养目标和国家节能减排、低碳经济及循环经济等战略需求。为了提高教学质量，需要创新改进教学方法，激发学生的求知欲，调动他们学习专业知识的主观能动性[4]，同时要不断完善教学手段，在课堂教学中加大视频和动画这种更加形象的教学形式，向学生展示一些理论性很强的知识。加强实践教学，培养学生的实践能力。最后也要努力提高教师的专业素质，鼓励教师多参加全国、省市等相关的可再生能源和生物质能的会议，以及在各种学术期刊发表相关的科研成果和教学论文，提高教师的专业教学水平。

“生物质转化与利用”作为资源循环科学与工程类专业的一门专业课程，是一门理论和实践相结合的专业课，旨在培养一批在生物质方面具有理论知识和实践技能于一身的专业人才，促进生物质利用的发展，提高学生的环保意识。笔者一直从事生物质转化的研究，但是在课堂教学、专业课程建设方面的认识比较浅显，希望在以后的课堂教学和实践中不断总结经验。同时希望能和同行们一起继续深入交流、分享教学经验和心得体会，从而进一步地服务于教学，提高教学效果。