趙 巖，楊麗群，劉 銀

（1.安徽理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，安徽淮南232001；2.安徽理工大學(xué)附屬小學(xué)，安徽淮南232001）

隨著人類社會的發(fā)展，化石能源消耗量逐年增加，大量使用化石能源后所帶來的環(huán)境污染加劇，地球生態(tài)惡化，迫使人類不得不發(fā)展綠色可再生能源和資源的循環(huán)利用。針對這一迫切需求，我國于2011年在高校開設(shè)了資源循環(huán)科學(xué)與工程專業(yè)，該專業(yè)是為了滿足國家節(jié)能減排、低碳經(jīng)濟(jì)及循環(huán)經(jīng)濟(jì)等戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)對高素質(zhì)人才的迫切需求而設(shè)立的，屬于新興交叉學(xué)科專業(yè)。“生物質(zhì)轉(zhuǎn)化與利用”是作為資源循環(huán)科學(xué)與工程專業(yè)的專業(yè)課程而開設(shè)。

1 “生物質(zhì)轉(zhuǎn)化與利用”課程開設(shè)的必要性

目前，生物質(zhì)資源的開發(fā)和利用受到世界各國的高度重視，特別是化石能源日益減少以及使用后帶來的環(huán)境問題，使得發(fā)展生物質(zhì)資源部分替代目前化石資源勢在必行。生物質(zhì)是一種綠色環(huán)保的可再生資源，它包括所有的植物、微生物以及以植物、微生物為食物的動物及其生產(chǎn)的廢棄物，如農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)過程中的糧食、果實(shí)，以及剩余的秸稈、樹木等木質(zhì)纖維素、農(nóng)產(chǎn)品加工業(yè)下腳料、農(nóng)林廢棄物及畜牧業(yè)生產(chǎn)過程中的禽畜糞便和廢棄物等物質(zhì)。生物質(zhì)來源于植物吸收二氧化碳進(jìn)行光合作用，因此生物質(zhì)資源的使用實(shí)現(xiàn)了二氧化碳的零排放，能夠有效緩解地球上由于化石能源使用所帶來的日益嚴(yán)重的環(huán)境問題[1]。地球每年產(chǎn)生的生物質(zhì)總量約1 700億噸，其能量相當(dāng)于全球每年消耗能量的10倍，但是目前利用率還不足每年消耗能量的7%，因此生物質(zhì)資源將是未來的主要資源之一。生物質(zhì)是一種有機(jī)碳構(gòu)成的植物能源，生物質(zhì)也是目前唯一能夠轉(zhuǎn)化制備液體燃料和化學(xué)品的可再生資源。生物質(zhì)資源的高效開發(fā)利用，對解決能源、化工原料來源及生態(tài)環(huán)境問題將起到十分積極的作用。所以，在目前的形勢下資源循環(huán)科學(xué)與工程專業(yè)發(fā)展方向中的特色課程建設(shè)中開設(shè)“生物質(zhì)的資源化利用”課程很有必要，可以加強(qiáng)發(fā)揮資源循環(huán)科學(xué)與工程專業(yè)的交叉學(xué)科的優(yōu)勢，加強(qiáng)融合高分子材料專業(yè)、化學(xué)工程專業(yè)、環(huán)境科學(xué)等專業(yè)課程體系建設(shè)，加強(qiáng)學(xué)生對生物質(zhì)資源化利用的認(rèn)識，培養(yǎng)專業(yè)性生物質(zhì)資源化利用人才，這也符合資源循環(huán)科學(xué)與工程專業(yè)的建設(shè)目標(biāo)。

2 “生物質(zhì)轉(zhuǎn)化與利用”課程建設(shè)內(nèi)容

2.1 結(jié)合地區(qū)發(fā)展，精選課程講義

地理位置和教學(xué)傳統(tǒng)的不同導(dǎo)致了每個學(xué)校在開設(shè)生物質(zhì)課程中的建設(shè)內(nèi)容上有一定的差異[2]。安徽理工大學(xué)作為一所理工院校，在傳統(tǒng)的能源研究上有一定的積累，所以在教材選擇上偏向能源的轉(zhuǎn)化和利用；同時我校是在本科教育的第七個學(xué)期開始本課程的講授，作為一門面向即將畢業(yè)學(xué)生的專業(yè)課程。因此，“生物質(zhì)轉(zhuǎn)化與利用”課程都是結(jié)合最新的科研資料（文獻(xiàn)報(bào)道）和能源類出版的書籍（包括《生物質(zhì)能源利用技術(shù)》《生物質(zhì)熱化學(xué)轉(zhuǎn)換技術(shù)》《生物質(zhì)能源工程與技術(shù)》《生物質(zhì)能源與廢棄物資源利用》《生物質(zhì)能技術(shù)與應(yīng)用》等）進(jìn)行綜合，重點(diǎn)對生物質(zhì)到能源和化學(xué)品方面轉(zhuǎn)化的課程內(nèi)容進(jìn)行講解。課堂上穿插講述目前已商業(yè)化應(yīng)用的生物質(zhì)企業(yè)，包括它們運(yùn)營的大致情況，所用的轉(zhuǎn)化技術(shù)、工藝路線等，以擴(kuò)大學(xué)生的知識面。

2.2 “生物質(zhì)轉(zhuǎn)化與利用”課程教學(xué)內(nèi)容及體系建設(shè)

“生物質(zhì)轉(zhuǎn)化與利用”是一門以生物質(zhì)高效轉(zhuǎn)化利用為研究對象的應(yīng)用性基礎(chǔ)學(xué)科。生物質(zhì)轉(zhuǎn)化與利用的方法有很多，這是一門典型的交叉學(xué)科課程，涉及化學(xué)、化工、生物、能源等多個學(xué)科的相關(guān)知識[3]。生物質(zhì)轉(zhuǎn)化主要包括熱化學(xué)轉(zhuǎn)化（直接燃燒、熱解液化、氣化、炭化等）和生化轉(zhuǎn)化（沼氣、生物乙醇、制氫等）。除此之外，生物質(zhì)轉(zhuǎn)化技術(shù)還包含了生物質(zhì)壓縮成型技術(shù)、生物柴油技術(shù)、生物質(zhì)水熱轉(zhuǎn)化技術(shù)和生物質(zhì)合成氣制備燃料技術(shù)。本校的“生物質(zhì)轉(zhuǎn)化與利用”課程教學(xué)內(nèi)容主要基于上述能源技術(shù)進(jìn)行設(shè)置，包括六個部分。

第1章生物質(zhì)簡介。本章涉及到生物質(zhì)和生物質(zhì)能的定義，介紹生物質(zhì)的種類、成分、組成和生物質(zhì)資源量估算方法、生物質(zhì)能源和主要的能源植物。

第2章生物質(zhì)制備成型燃料。本章主要介紹生物質(zhì)壓縮成型和直接燃燒技術(shù)，涉及生物質(zhì)壓縮成型的概念、原理、成型流程、壓縮成型的性能指標(biāo)，了解生物質(zhì)成型燃料的特性；同時講述生物質(zhì)直接燃燒技術(shù)和設(shè)備，以及生物質(zhì)熱解炭化的原理、技術(shù)和主要設(shè)備等。

第3章生物質(zhì)熱解制備液體燃料。本章涉及生物質(zhì)熱裂解的概念和原理、反應(yīng)過程和產(chǎn)物分布、熱解反應(yīng)的影響因素。生物質(zhì)熱裂解的工藝類型包括快速熱解、快速液化技術(shù)和工藝、快速熱解和液化相關(guān)的反應(yīng)器設(shè)備，以及生物質(zhì)直接液化技術(shù)和產(chǎn)物生物油的燃料特性。了解熱解液化的實(shí)施途徑、熱解液化反應(yīng)流程、反應(yīng)設(shè)備、液化油的性質(zhì)和應(yīng)用。

第4章生物質(zhì)水熱和生物轉(zhuǎn)化液化技術(shù)。本章涉及生物質(zhì)水熱轉(zhuǎn)化制備化學(xué)品和能源燃料的發(fā)展歷史和現(xiàn)狀，包含生物質(zhì)水熱制備能源化學(xué)品5-羥甲基糠醛，烷烴燃料和生物發(fā)酵制備乙醇等工藝技術(shù)，生物質(zhì)發(fā)酵法制乙醇中的纖維素水解（酸水解、酶水解）制乙醇工藝發(fā)展等。

第5章生物質(zhì)制備氣體燃料。本章涉及生物質(zhì)熱解氣化和生物發(fā)酵氣化制備可燃?xì)鈨蓚€部分。生物質(zhì)熱解氣化技術(shù)中包括原料、氣化反應(yīng)原理、反應(yīng)動力學(xué)、生物質(zhì)氣化評價參數(shù)、典型工藝介紹，生物質(zhì)氣化的應(yīng)用以及燃?xì)獾膬艋取Ｉ锇l(fā)酵制備沼氣的發(fā)酵條件，了解發(fā)酵微生物學(xué)原理、發(fā)酵條件，以及沼氣發(fā)酵工藝、沼氣池設(shè)計(jì)、大中型沼氣工程技術(shù)等。

第6章生物柴油的制備技術(shù)。本章主要包括制備生物柴油所需要的原料來源、能源作物的種類與分布，以及目前生物柴油制備工藝路線和技術(shù)，了解生物柴油未來發(fā)展的新方向和新技術(shù)。

2.3 課程的教學(xué)方法

“生物質(zhì)轉(zhuǎn)化與利用”是一門學(xué)科交叉的專業(yè)性課程，涉及到材料、化學(xué)和熱能工程等學(xué)科，教學(xué)上需要擴(kuò)大知識面和提高實(shí)踐性教學(xué)。教學(xué)方式需要采用課堂教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)相輔的形式進(jìn)行。課堂上主要對專業(yè)性的定義、理論進(jìn)行理解，同時就目前已經(jīng)成熟的工藝技術(shù)和最新出現(xiàn)的新技術(shù)、新方法的文獻(xiàn)報(bào)道進(jìn)行學(xué)習(xí)和點(diǎn)評。課堂上展開討論，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考的習(xí)慣，加強(qiáng)學(xué)生創(chuàng)新意識的培養(yǎng)。實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)注重培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)探索興趣，實(shí)踐中理解秸稈、生活垃圾等生物質(zhì)資源的直接燃燒、熱化學(xué)轉(zhuǎn)化、沼氣制備等技術(shù)。課堂上通過大量圖片、視頻資料提高學(xué)生對生物質(zhì)能源在實(shí)際生活中利用方式的認(rèn)識。開設(shè)秸稈熱解轉(zhuǎn)化制備生物油，以及生物柴油的制備實(shí)驗(yàn)，提高學(xué)生對知識的理解和動手能力。

3 教學(xué)展望

資源循環(huán)科學(xué)與工程專業(yè)開設(shè)“生物質(zhì)轉(zhuǎn)化與利用”課程符合專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)和國家節(jié)能減排、低碳經(jīng)濟(jì)及循環(huán)經(jīng)濟(jì)等戰(zhàn)略需求。為了提高教學(xué)質(zhì)量，需要創(chuàng)新改進(jìn)教學(xué)方法，激發(fā)學(xué)生的求知欲，調(diào)動他們學(xué)習(xí)專業(yè)知識的主觀能動性[4]，同時要不斷完善教學(xué)手段，在課堂教學(xué)中加大視頻和動畫這種更加形象的教學(xué)形式，向?qū)W生展示一些理論性很強(qiáng)的知識。加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力。最后也要努力提高教師的專業(yè)素質(zhì)，鼓勵教師多參加全國、省市等相關(guān)的可再生能源和生物質(zhì)能的會議，以及在各種學(xué)術(shù)期刊發(fā)表相關(guān)的科研成果和教學(xué)論文，提高教師的專業(yè)教學(xué)水平。

“生物質(zhì)轉(zhuǎn)化與利用”作為資源循環(huán)科學(xué)與工程類專業(yè)的一門專業(yè)課程，是一門理論和實(shí)踐相結(jié)合的專業(yè)課，旨在培養(yǎng)一批在生物質(zhì)方面具有理論知識和實(shí)踐技能于一身的專業(yè)人才，促進(jìn)生物質(zhì)利用的發(fā)展，提高學(xué)生的環(huán)保意識。筆者一直從事生物質(zhì)轉(zhuǎn)化的研究，但是在課堂教學(xué)、專業(yè)課程建設(shè)方面的認(rèn)識比較淺顯，希望在以后的課堂教學(xué)和實(shí)踐中不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)。同時希望能和同行們一起繼續(xù)深入交流、分享教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和心得體會，從而進(jìn)一步地服務(wù)于教學(xué)，提高教學(xué)效果。