PDF《浙江省拟提名 2019 年度国家自然科学奖项目公示内容》

浙江省拟提名

2019 年度国家自然科学奖项目公示内容 项目名称 微生物转化烟气 CO2 制油气燃料的能质传递强化机理 提名者 Mechanism of strengthening energy and mass transfer in microbial conversion of flue gas-derived CO2 to biodiesel and biogas fuels 提名意见: 我单位认真审阅了该项目推荐书和附件材料,确认全部材料真实有效,相关 栏目均符合国家科学奖励办公室的填写要求,经公示无异议.

该项目以碳氢迁移转化和能量梯级传递的关键科学问题为核心, 经系统研究 建立了微生物能源转化理论体系,取得一系列原创性发现: (1)揭示了膜孔涡流 传质机理,提出了细胞涡流闪光效应促进 CO2 分子跨膜传输的新机制,解决了细 胞膜微孔界面 CO2 扩散传质慢的难题;

(2)提出了酶活定向调控策略,建立了烟 气CO2 梯度诱导生物酶诱变改良强化电子传递的新方法,解决了传统生物酶催化 活性低的难题;

(3)创建了链式阶跃反应途径,建立了固碳酶和产油酶两类催化 剂耦合的化学链反应模型,解决了细胞生长固碳与合成油脂矛盾的国际难题.该 项目获浙江省自然科学一等奖.八篇代表性论文被 SCI 他引

431 次,总他引

655 次,单篇最高 SCI 他引

110 次.美/加/澳/中等国院士、国际期刊主编/副主编等 著名学者评价该项目成果 增强了涡流闪光效应促进传质 、 细胞酶活明显增 强 、 将油气燃料产量最大化 .授权发明专利

14 项.项目成果已在蒙/鲁/ 苏/粤/桂/浙等省完成科学验证试验,建成国内最大的微藻固定燃煤烟气 CO2 生 物质多联产的工程示范.培养了国家杰青和优青、国家万人领军和青年拔尖、全 国百篇优博等高端人才. 为我国发展生物质新能源产业和构建清洁低碳的能源体 系做出了贡献,推动了工程热物理学科发展. 提名该项目为国家自然科学奖二等奖. 项目简介: 可再生能源是我国能源安全和可持续发展的必然要求, 生物质能是国家能源 战略和实现能源多元化的重要选择, 对我国构建清洁低碳的能源体系具有重要意 义.微生物转化烟气 CO2 制油气燃料已成为节能环保、新能源、低碳循环产业必 不可少的关键核心技术.Nature 和Cell 等著名期刊指出微生物能源是国际学术 前沿,但是能质传递转化中面临严峻挑战:细胞膜微孔阻力大与烟气 CO2 通量高 的矛盾导致 CO2 分子跨膜传质缓慢(即胞膜传质问题) ;

生物酶催化活性低与烟 气CO2 浓度高的矛盾导致碳氢定向转化困难(即胞酶催化问题) ;

胞内多元反应 竞争与目标产物能垒高的矛盾导致能量梯级传递受阻(即胞内反应问题) .故微 生物能源的碳氢迁移转化和能量梯级传递是本学科的关键科学问题. 该项目从埃 米到纳米和微米尺度经过十几年探索,建立了微生物能源转化理论体系,突破了 细胞反应器的能质传递强化瓶颈,取得如下原创性科学发现: 1. 揭示了膜孔涡流传质机理.在国际上率先从光量子转化角度探索胞膜微孔 界面传质的科学问题,创建了烟气高通量 CO2 涡流强化细胞光量子传输方法,突 破了 CO2 浓缩机制跨细胞膜传质的国际固有观点,提出了细胞涡流闪光效应促进 CO2 分子跨膜传输的新机制,揭示了涡流强化细胞光量子转化效率的流体力学传 质机理,解决了细胞膜微孔界面 CO2 扩散传质慢的难题. 2.提出了酶活定向调控策略.从电子传递角度探索生物酶催化活性的科学问 题,提出了烟气 CO2 梯度诱导生物酶诱变改良强化电子传递的新方法,破解了关 键固碳酶催化剂电子传递速率低的控速瓶颈. 构建了微生物细胞碳氢定向转化的 固碳酶活性位点调控策略, 实现了固碳基元反应由低效 C4 途径向高效 C3 途径的 选择性增强,解决了传统生物酶催化活性低的难题. 3.创建了链式阶跃反应途径.发现了反应能垒高是能量梯级传递受阻的科学 本质,突破了由 CO2 小分子转化为油脂大分子的高能垒瓶颈,建立了固碳酶和产 油酶两类催化剂耦合的化学链反应模型.探明了细胞氧化还原反应从 C1 到C6 再逐级到 C18 的能垒阶跃反应途径, 调控细胞合成油脂的多元竞争反应构建了能 量梯级传递普适法则,解决了细胞生长固碳与合成油脂矛盾的国际难题. 该项目获浙江省自然科学一等奖.八篇代表性论文被 SCI 他引