生物乙醇燃料

1、纖維素乙醇纖維素乙醇生物乙醇的概念生物乙醇的分類纖維素乙醇生產(chǎn)工藝國內(nèi)纖維素乙醇現(xiàn)狀Contents目錄生物乙醇生物乙醇是以生物質(zhì)為原料，通過微生物發(fā)酵而生產(chǎn)的一種可再生能源 。在能源問題成為全球關(guān)注的焦點 這一背景下，生物乙醇已經(jīng)被視為替代和節(jié)約汽油的最佳燃料，其高效的轉(zhuǎn)換技術(shù)和潔凈利用日益受到全世界的重視，已經(jīng)被廣泛認為是21世紀發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟的有效途徑。 生物乙醇的分類第一代生物乙醇：利用糧食，比如，在美國是用玉米，在巴西用甘蔗等等生產(chǎn)乙醇等生物能源。第二代生物乙醇：利用非糧食生物質(zhì)生產(chǎn)乙醇。（cellulosic ethanol） 來源：秸稈，稻殼，樹木枝葉，甘蔗渣第三代生物乙醇：利用藻

2、類（如海藻或者淡水藻類)，通過對藻類進行養(yǎng)殖，等長成之后進行收獲，收獲之后要曬干，然后通過酵母菌發(fā)酵生產(chǎn)乙醇。第四代生物乙醇：第四代生物能源技術(shù)目前是一個創(chuàng)新，它是通過對藻類進行改造而生產(chǎn)乙醇。例如，對藍藻進行改造，使其通過光合作用吸收二氧化碳，直接生產(chǎn)乙醇以及副產(chǎn)品和氧氣。纖維素乙醇纖維素乙醇生產(chǎn)工藝纖維質(zhì)原料生產(chǎn)乙醇工藝纖維素水解發(fā)酵工藝 生物質(zhì)合成氣發(fā)酵工藝主要內(nèi)容纖維素乙醇生產(chǎn)工藝纖維素原料（主成分：纖維素、半纖維素、木質(zhì)素 ）預(yù)處理（去除阻礙水解和發(fā)酵的物質(zhì)）：最有工業(yè)化價值的預(yù)處理方法是酸法和蒸汽爆破法 。水解（進一步轉(zhuǎn)化為乙醇發(fā)酵的糖源 ）：最有工業(yè)化價值的水解方法是酸法和酶法

3、。酶法是理論上最有發(fā)展前途的方法，但目前尚未找到能夠直接作用于木質(zhì)纖維素超分子結(jié)構(gòu)的酶種，因而往往與其它方法配合使用。 發(fā)酵：工藝基本與淀粉質(zhì)和糖類原料相同 。技術(shù)難點：成本高預(yù)處理預(yù)處理的主要目的是降低纖維素的分子物質(zhì)，打開其密集的晶狀結(jié)構(gòu)，以利于進一步的分解和轉(zhuǎn)化。預(yù)處理過程中，半纖維素通常直接被水解成了各種單糖（如木糖，阿拉伯糖等），剩下的不溶物質(zhì)主要是纖維素和木質(zhì)素。預(yù)處理原因纖維素分子是由葡萄糖苷通過-1，4糖苷鍵聯(lián)接起來的鏈狀高分子。纖維素的結(jié)晶區(qū)域是由纖維素分子整齊規(guī)則地折疊排列而成的。在結(jié)晶區(qū)域里，葡萄糖分子的羥基與分子內(nèi)部或與分子外部的氫離子相結(jié)合，沒有游離的羥基存在，所以纖

4、維素分子具有牢固的結(jié)晶構(gòu)造，酶分子及水分子難以侵入內(nèi)部。因此，纖維素的結(jié)晶部分比無定形部分難降解。由于木質(zhì)素、半纖維素對水解的保護作用, 以及纖維素本身的結(jié)晶結(jié)構(gòu)使得天然的木質(zhì)纖維素直接進行酶水解的程度很低, 一般只有 10 %-20 %。為了提高纖維素的水解率, 必須對木質(zhì)纖維素原料進行預(yù)處理, 脫去木質(zhì)素和半纖維素, 從而提高水解效率。預(yù)處理方法木質(zhì)纖維素的預(yù)處理方法大致可分為物理法、化學(xué)法、物理化學(xué)法以及生物法。1、物理法：常見的物理方法包括機械破碎法、 高溫?zé)崴ǖ?。一般物理法對環(huán)境污染較小, 且過程較為簡單, 但物理法處理需要較高的能量和動力, 因此會增加生產(chǎn)成本。2、化學(xué)法：化學(xué)法

5、主要是指以酸、堿、有機溶劑作為物料的預(yù)處理劑, 破壞纖維素的晶體結(jié)構(gòu), 打破木質(zhì)素與纖維素的連接, 同時使半纖維素溶解。3、物理化學(xué)方法：蒸汽爆破法、CO2 爆破法、氨纖維爆破法4生物法：采用分解木質(zhì)素的微生物降解木質(zhì)素, 從而提高纖維素和半纖維素的酶解糖化率。 水解纖維素制燃料乙醇的難點在于纖維素的水解，目前已有的水解方法包括濃酸水解法、稀酸水解法和酶水解法。酶水解酶水解始于20世紀50年代的生化反應(yīng)，是較新的生物質(zhì)水解技術(shù)。它主要利用纖維素酶對生物質(zhì)的纖維素進行水解進而發(fā)酵生成乙醇。 原理：纖維素酶不是單一物質(zhì)，其主要成分為內(nèi)切葡萄糖酶、外切葡萄糖酶和一葡萄糖苷酶。其中內(nèi)切葡萄糖酶的作用是

6、隨機地切割一1，4葡萄糖苷鍵，使纖維素長鍵斷裂；外切葡萄糖酶的作用是從纖維素長 鏈的還原端切割下葡萄糖和纖維素二糖；一葡萄糖苷酶的作用是把纖維二糖和短鏈低聚糖分解成葡萄糖。 優(yōu)點是：在常溫下進行，過程能耗較低；酶的選擇性高，糖產(chǎn)率高，可大于95；提純過程簡單，無污染。 缺點是：所需時間長，一般需要幾天；酶的成產(chǎn)成本高，水解原料須經(jīng)預(yù)處理?？梢钥闯雒杆庥兄^多的優(yōu)點，但要實現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用，必須極大地降低酶的生產(chǎn)成本。所以，目前還沒有得到較大地推廣。發(fā)酵發(fā)酵方式：1、分步水解發(fā)酵工藝（SHF）2、同步糖化發(fā)酵工藝（SSF）3、固定化微生物水解發(fā)酵法（CBP）分步水解發(fā)酵工藝（SHFSHF）這一工藝

7、過程是傳統(tǒng)的生物乙醇的制備工藝 ,流程簡單 。其特點是纖維素的水解和水解產(chǎn)物的發(fā)酵過程是在不同的反應(yīng)器內(nèi)進行的 。這樣 , 工藝的反應(yīng)條件互不影響 ,均可實現(xiàn)最佳的工藝條件 。但是 ,由于水解產(chǎn)物葡萄糖等對纖維素酶的活性有抑制作用 ,水解效果也不甚理想 。同步糖化發(fā)酵工藝（SSFSSF）在酶水解糖化纖維素的同一容器中加入產(chǎn)生乙醇的纖維素發(fā)酵菌，使糖化產(chǎn)生的葡萄糖和纖維二糖轉(zhuǎn)化為乙醇。纖維素的酶水解糖化和發(fā)酵過程在同一裝置內(nèi)連續(xù)進行，消除了底物葡萄糖濃度的增加對纖維素酶的反饋抑制作用。但SSF法也存在一些抑制因素，如木糖的抑制作用、糖化溫度與發(fā)酵溫度不協(xié)調(diào)等。消除木糖抑制的方法是利用能轉(zhuǎn)化木糖為

8、乙醇的菌株，如假絲酵母、管囊酵母等。研究較多的是利用葡萄糖與木糖的菌株混合發(fā)酵，與單純的葡萄糖發(fā)酵菌和單純的木糖發(fā)酵菌相比，混合發(fā)酵乙醇的產(chǎn)量分別提高30一38和l0一30。 SSF法與SHF法相比，雖SHF法乙醇的產(chǎn)率高，但SSF法耗時短，燃料乙醇的產(chǎn)量高。SSF法有連續(xù)或半連續(xù)工藝，半連續(xù)的SSF法可減少酶的用量。后來由同步糖化發(fā)酵法衍生出了同步糖化共發(fā)酵（SSCF）。纖維素乙醇產(chǎn)業(yè)化亟待解決的關(guān)鍵技術(shù) 目前，許多國家雖然建造了纖維質(zhì)原料的燃料乙醇示范性工廠，但其生產(chǎn)成本相對于汽油和糧食乙醇來說仍無法競爭，其產(chǎn)業(yè)化人存在很大的問題?？偨Y(jié)起來，利用生物技術(shù)轉(zhuǎn)化生物質(zhì)植物纖維資源主要面臨4個技

9、術(shù)難點。1 生物質(zhì)原料分布分散2 生物質(zhì)原料需進行復(fù)雜的預(yù)處理3降低纖維素酶的生產(chǎn)成本，提高酶解效率4構(gòu)建能高效利用五碳糖和六碳糖的菌種熱電聯(lián)產(chǎn)與乙醇聯(lián)合生產(chǎn)乙醇汽車集中供熱電力熱量生物質(zhì)乙醇工廠木質(zhì)素電力蒸汽和發(fā)電廠增值的化學(xué)品國內(nèi)纖維素乙醇現(xiàn)狀我國在纖維素乙醇技術(shù)開發(fā)上取得了一些重要進展：浙江大學(xué)主持的“利用農(nóng)業(yè)纖維廢棄物代替糧食生產(chǎn)酒精”的項目已在河北完成中試生產(chǎn)。華東理工大學(xué)于2005年已建成了纖維乙醇600噸/年的示范性工廠，轉(zhuǎn)化率達到了70%。山東大學(xué)微生物技術(shù)國家重點實驗室進行了纖維素酶高產(chǎn)菌的篩選和誘變育種、用基因手段提高產(chǎn)酶量或改進酶系組成等研究。2010年5月27日，世界生物創(chuàng)新先導(dǎo)諾維信公司、中糧集團以及中國石化集團就纖維素乙醇的產(chǎn)業(yè)化事宜簽訂備忘錄。根據(jù)該協(xié)議，中糧與中石化將于2011年第三季度開始建設(shè)以玉米秸稈為原料的萬噸規(guī)模纖維素乙醇示范工廠，這將是中國最大的纖維素乙醇工廠 ；諾維信將為該工廠提供酶制