秸秆发酵燃料乙醇关键问题及其进展
以纤维素类物质为原料发酵生产燃料乙醇的研究进展
燃料乙醇项 目也在积极的筹备之中。
植物 的秸杆 、 叶等纤 维物 质是 地 球 上最 枝
工业上， 纤维素经酸解 、 碱解或酶解预处理后 ， 释放出的葡萄糖可进入乙醇发酵途径。产纤维 素酶的微生物有真菌、 酵母菌和细菌。目前， 人 们研究最多且最有工业应用前景的是木糖发酵 产 乙醇 的微 生 物， 管 囊 酵 母 （ ａｈｓ ｅ 有 Ｐ ｃｙｏ ｎ ｌ
主要包括各种有机 酸 、 、 醛类 醇类化合物 以及一 些无 机离子等 。
导致乙醇产率低； ②纤维素发酵速度慢 ， 容积生
产力 低 ； ③终 产物 乙醇 和有 机酸对 细胞 有相 当
大 的毒性 。
纤维素的酒精发酵传统上以酸法水解工艺
（ ８） ７
利用混合 菌直 接发 酵 ， 能解 决酒 精 产率 不
间， 提高了生产效率， 但存在一些如糖化和发酵
温度不协 调等抑制 因素 。 张继 泉等 ６作 了有关 玉 米 秸 杆 同时糖 化 ＿
间接法 即糖化 、 发酵二段 发酵法 ， 它是用纤 维素酶 水解纤 维 素 ， 收集 酶解后 的糖 液作 为酵 母发酵 的碳 源 ， 是 目前 研 究 最 多 的一 种 方 也 法ｌ 。为 了克 服乙醇产物 的抑 制 ， ｌ 必须不 断地
耐 酸耐压设备 和解 决水解产物对发酵微生 物的 “ 毒性 问题” 。碱 水解也存在着与酸水解 同样 的
问题 。
２ 以纤维 素 类物质 为原 料发 酵 生产燃
料 乙醇 的工艺
２ １ 预 处 理 ．
苗 Ｉ
近年来 ， 纤维 素 酸解产 物毒 性 问题 的 对于 研究取得 了一定 的进展＿ 。 在 ， １ 。现 。 基本上 明确 了这种毒性是来 源于酸解过程 中产生 的一些有
玉米秸秆为原料燃料乙醇制备的关键问题研究
玉米秸秆为原料燃料乙醇制备的关键问题研究一、本文概述Overview of this article随着全球能源需求的日益增长和化石燃料的日益枯竭，寻找可再生、环保的替代能源已成为科研和工业领域的重点。
乙醇作为一种清洁、高效的能源，具有广泛的应用前景，尤其在生物燃料领域。
玉米秸秆，作为一种农业废弃物，具有来源广泛、可再生、可降解等优点，因此，以其为原料制备燃料乙醇具有重要的实践意义和理论价值。
With the increasing global energy demand and the depletion of fossil fuels, finding renewable and environmentally friendly alternative energy sources has become a focus in scientific research and industrial fields. Ethanol, as a clean and efficient energy source, has broad application prospects, especially in the field of biofuels. Corn stover, as an agricultural waste, has advantages such as wide sources, renewability, and biodegradability. Therefore, using it as a raw material to prepare fuel ethanol has important practical significance and theoretical value.本文旨在探讨以玉米秸秆为原料制备燃料乙醇的关键问题，包括原料的预处理、酶解过程优化、乙醇发酵工艺改进以及产物的提纯和精制等。
玉米秸秆发酵生产燃料酒精研究现状及前景
玉米秸秆发酵生产燃料酒精研究现状及前景摘要玉米秸秆是一种丰富的再生资源，主要由纤维素、半纤维素、木质素组成。
经过预处理、水解、发酵可生产酒精。
预处理方法主要有物理法、化学法、物理化学法及生物处理法；水解主要有酸水解法和酶水解法；发酵主要有直接发酵法、间接发酵法、同步糖化发酵法等。
介绍了玉米秸秆生产乙醇的关键技术进展情况。
关键词秸秆；酒精；预处理；研究进展酒精是一种重要的工业原料，广泛应用于食品，化工、医药等领域，而且可以部分或全部替代汽油，具有安全、清洁、可再生等优点。
传统的酒精生产主要以糖蜜、薯类、谷物为原料发酵而成。
近年来，随着人口增长和经济的发展以及可利用耕地面积的减少使得酒精生产成本日趋增高，利用丰富、廉价的玉米秸秆为原料生产酒精已成为必然趋势。
我国是一个农业大国，各种纤维素原料资源非常丰富，仅玉米秸秆年产量大约2亿吨。
目前，玉米秸秆除了少部分被利用外，大部分以堆积、焚烧等形式直接倾入环境，极大地污染了环境，也是一种资源浪费。
如果将玉米秸秆经过预处理后水解，其所含的纤维素和半纤维素可分解成糖，经发酵可转化为酒精，转热效率可达30％以上。
这样不但缓解人类所面临的食物短缺，环境污染、资源危机等一系列问题，而且还能实现人类的可持续发展，因而近年来玉米秸秆成为生物能源领域的研究热点。
1玉米秸秆简介玉米秸秆主要由植物细胞壁组成，基本成分为纤维素、半纤维素和木质素等。
木质素将纤维素和半纤维素层层包围。
纤维素是一种直链多糖，多个分子平行排列成丝状不溶性微小纤维，半纤维素主要由木糖、少量阿拉伯糖、半乳糖、甘露糖组成，木质素是以苯丙烷及衍生物为基本单位组成的高分子芳香族化合物。
其中，木质素是一种燃料，半纤维素可水解为五碳糖，而纤维素水解为六碳糖比较困难。
2玉米秸秆预处理由于玉米秸秆结构复杂，不仅纤维素、半纤维素被木质素包裹，而且半纤维素部分共价和木质素结合，同时纤维素具有高度有序晶体结构。
因此必须经过预处理，使得纤维素、半纤维素、木质素分离开，切断它们的氢键，破坏晶体结构，降低聚合度。
燃料乙醇发展问题与对策研究
燃料乙醇发展问题与对策研究摘要：分析了我国燃料乙醇的发展状况和燃料乙醇产业发展面临的困境，提出了我国燃料乙醇产业发展的对策。
关键词：燃料乙醇；技术；政策燃料乙醇是近年兴起的生物能源，是重要的石油替代品，具有良好的发展前景。
我国要发展燃料乙醇产业，必须依靠技术创新，在吸收国外相关成果和经验的基础上，加强燃料乙醇生产新技术的研究、开发。
随着石油资源渐趋枯竭，油料价格进一步高涨，给燃料乙醇带来了一定的升值空间，同时也带来了难得的历史性发展机遇，以燃料乙醇等替代能源为代表的国家能源供应多元化战略已成为我国能源政策的一个重要方向。
1燃料乙醇产业的发展状况1.1发展现状与趋势我国的能源形势和发展现状，对我国提出了发展生物质能源的要求。
燃料乙醇作为一种重要的生物质能，引起了我国的重视。
2001年国家决定在全国推广使用车用乙醇汽油，并开始大量开发燃料乙醇，截至2006年我国燃料乙醇总产量达到160余万吨，居世界第3位。
自2006年以来，我国不再新增以谷物为原料的燃料乙醇生产能力，重点支持甜高粱、木薯、纤维素等非粮原料燃料乙醇的发展。
在黑龙江、内蒙古、山东、新疆和天津等地已经开展甜高粱的种植及燃料乙醇生产试点，黑龙江省试验项目已达到年产乙醇5000t。
目前，我国木薯种植面积为100万hm2,产量为2100万t左右。
有专家认为，中国木薯能生产出400万t燃料乙醇，仅种植木薯，就可以生产全国推广燃料乙醇的10％。
从长远来看，这些只是燃料乙醇的过渡性原料，纤维素乙醇才是中国生物质能源的最终解决方案之一，许多专家认为纤维素制乙醇技术将在未来10年内逐步成熟。
“十五”期间，燃料乙醇的原料以陈化粮为主，是为缓解生产区粮食过剩，而“十一五”期间，原料上要注重因地制宜，积极发展非粮替代作物，在实现原料多元化的同时更要实现技术上的突破，满足国内对燃料乙醇的需求。
1，2现行政策在燃料乙醇产业发展中的重要作用1，2，1成立专门机构，指导能源发展方向能源关系着国计民生，关系经济社会可持续发展和国家安全。
秸秆做乙醇面临三大挑战
秸秆做乙醇面临三大挑战目前，国内由于玉米价格上涨而导致肉、蛋等食品价格过度上涨的严峻现实，使人们对要限制粮食乙醇盲目发展这一点有了进一步的认识。
针对有人把发展生物质乙醇的原料寄希望于秸秆等纤维素原料的说法，近日出席北京科博会中国能源战略高层论坛的一些专家表示了不同的看法。
中国工程院院士、清华大学教授倪维斗和国家发改委能源研究所可再生能源发展中心主任王仲颖等专家认为，现在有一种说法，是想用秸秆及其他纤维素来制造乙醇。
但这还是有问题。
一是技术问题。
这一技术还没有成功，能不能搞成还很难说。
去年美国总统说要凭借美国的技术实力，在6年之内攻克纤维素制乙醇技术。
但据最近我们与美国研究能源的人士了解，20年来美国政界人士至少已说过四五次这样的豪言壮语了，但纤维素制乙醇技术还是一直没有攻克，这次恐怕也悬。
二是污染问题。
纤维素制乙醇是通过水解、生物发酵来进行的，生产过程中要产生大量的废水。
纤维素乙醇生产过程中产生的污染，比目前造纸的污染要严重。
造纸是1吨纤维素可以造1吨纸，而生产1吨乙醇却要消耗四五吨纤维素，多消耗就要多排放。
现在国内搞纤维素乙醇，切不能重蹈过去发展造纸导致环境污染的覆辙。
三是成本问题。
即使纤维素制乙醇技术过关了，也难过成本关。
还是与造纸产业比较，1吨秸秆可以造1吨纸，四五吨秸秆才能制1吨乙醇，而1吨纸与1吨乙醇的销价大体差不多，原料成本却差了四五倍。
现在国内造纸产业都不愿用秸秆为原料，主要是因为原料的大规模收集与运输的费用过高，难道燃料乙醇用秸秆为原料能过成本关？专家们认为，比较科学和经济的办法是提倡秸秆还田，增加土地的有机质，减少氮肥的使用，改善耕地质量。
农业专家的研究表明，我国耕地增碳减氮的问题亟待解决。
多余的秸秆，应该就地加工，生产沼气、颗粒燃料等，这类燃料燃尽率高，使用方便，污染小，是解决广大农村燃料问题的有效途径。
这样，可以把目前农村普遍低效使用的煤替换出来，用于高效、低污染的大型电力、化工企业作原料和燃料。
玉米秸秆发酵生产燃料酒精研究现状及前景
和 氧气 共 同参 加 的反 应 。 氧 化 法 对 玉米 秸 秆 处 理 效 果很 湿
好 ， 维 素遇 碱 ， 引起 纤 维 素膨 胀 ， 成 了碱 化 纤维 素 ， 纤 只 形 但
丰富 、 价 的玉 米秸 秆 为原 料 生产 酒精 已成 为 必然 趋 势 。 廉 我
国是 一个 农业大 国 ， 种纤 维 素原料 资 源非 常 丰富 ， 玉 米 各 仅
Ｎａ Ｏ２ ／ 件 下 ， ６ｇＬ玉 米 秸 秆 进 行 预处 理 。 中 ａ Ｌ条 Ｃ ｇ 对 ０／ 其
６ ％半 纤 维素 、０ 质 素被 溶解 ，０ ０ ３ ％木 ９ ％纤 维 素呈 固态 分 离 出
来 ， 维 素酶解 转 化率 （ ＣＣ） ８ ％左 右 。 纤 Ｅ 达 ５
２３ 酸 处 理 法 ．
洁 、 再生 等 优点 。 统 的酒 精 生产 主要 以糖蜜 、 可 传 薯类 、 谷物 为原 料发 酵 而成 。 年 来 ， 着人 口增长 和经 济 的发 展 以及 近 随 可 利 用 耕地 面 积 的 减 少使 得 酒 精 生产 成 本 曰趋增 高 ． 用 利
湿 氧化 法 属 于化 学 处理 法 ， 指在 加 温加 压 条 件下 ， 是 水
ｐ 值 调整 到 中性 ， 应该 注意 反 应器 的耐酸 性 。 Ｈ 还
２４ 蒸 汽 爆 破 法 ．
围 。 维 素是 一种 直链 多 糖 ， 个 分子 平行 排列 成丝 状 不 溶 纤 多 性微 小纤 维 ， 纤 维 素主要 由木 糖 、 量阿 拉 伯糖 、 半 少 半乳 糖 、
甘露 糖 组 成 ， 质素 是 以 苯 丙 烷及 衍 生 物 为基 本 单 位 组成 木
维普资讯
大 田农 艺
代农 业科 技） ０８年第 １ ２０ ３
燃料乙醇的研究进展及存在问题
燃料乙醇的研究进展及存在问题马 欢 ,刘伟伟 ,张无敌 ,刘士清(云南师范大学 省农村能源重点实验室 ,云南 昆明 650092)摘 要 :介绍了燃料乙醇的优点 ,开发的意义 ,及在国内外的研究现状和发展前景 。
结合云南的实际情况 ,指出 在云南以甘蔗为原料发展燃料乙醇的前景广阔 。
关键词 :燃料乙醇 ;研究进展 ;存在问题 ;云南 ;甘蔗 中图分类号 : TK6文献标识码 : A文章编号 : 1004 - 3950 ( 2006) 02 - 0029 - 05 Pre s en t s i tua t i on an d ex ist i n g prob l em of fue l a lcoho lM A Huan, L I U W e i 2we i , ZHA NG W u 2d i , L I U Sh i 2q i n g( P r ovinc i a l Key L a b o r a t o r y of R u r a l Ene r g y Enginee r ing, Yunnan No r m a l U n i ve r sity, Kunm ing 650092, Ch i na ) A b s tra c t : T he au t ho r su mm a r ized the p r oce s s techno l og y and deve l opm e n t of fue l a l coho l w i th its sig n i f ican t advan t ag e s a t h om e and ab r oad in th i s p a p e r . A n a l yse show s tha t sug a r cane is a ve r y p r om ising raw m a t e r ia l fo r fue l a l coho l p r o 2 duc t ion in Yunnan P r ovince .Key word s : fue l a l coho l ; re s ea r ch p r ogre s s; existing p rob l em ; Yunnan P r ovince; sug a r cane增加汽油的含氧量 ,使其充分燃烧 。
玉米秸秆发酵生产乙醇的研究进展
玉米秸秆发酵生产乙醇的研究进展摘要:秸秆是丰富的可再生资源,要紧由纤维素、半纤维素和木质素组成。
秸秆通过预处理,水解和发酵可生成乙醇。
秸秆生产乙醇的工艺包括预处理,水解和发酵。
发酵方法有直截了当发酵法、间接发酵法、混合菌种发酵法、同时糖化发酵法和非等温同时糖化发酵法以及固定化细胞发酵法。
介绍了秸秆生产乙醇几个关键工艺的最新进展。
关键词:秸秆,酒精,木质纤维素我国是一个农业大国,各类农作物纤维资源十分丰富,仅秸秆一项就达7亿t吨以上,其中玉米秸秆约2.2亿t吨,这些资源长期没有得到合理的开发。
作为农业废弃物的玉米秸秆多以燃料烧掉,其烟雾中含大量的TSP 和SO2 ,造成大气严峻污染。
近年来生物质能的研究差不多成为一个热门的研究课题，利用农业废弃物发酵生产燃料酒精正逐步成为人们研究的热点,玉米秸秆作为一种重要的农业废弃物,受到了广泛的关注。
在我国，玉米秸秆除了少部分被利用外，大部分以堆积、荒烧等形式直截了当倾入环境，造成极大污染和白费，而且这种直截了当燃烧的方法热效率专门低，只有10%左右。
假如将它们转化成气体或液体燃料（酒精、氢气、柴油等）热效率可达30%以上。
如此不但缓解人类所面临的资源危机，食物短缺，环境污染等一系列问题，也为人类连续进展提供了保证。
1 玉米秸秆简介玉米秸秆要紧由植物细胞壁组成，细胞壁差不多组成是纤维素、半纤维素、木质素，纤维素和半纤维素被木质素层层包裹，纤维素是一种有1000-10000个β-D-吡喃型葡萄糖单体以β-1，4-糖苷键连接的直链多糖，多个分子平行排列成丝状不溶性微小纤维，其差不多组成单位是纤维二糖,它是地球上最丰富的聚合体。
而半纤维素要紧是木糖以及少量阿拉伯糖，半乳糖，甘露糖组成，而木质素是以苯丙烷及其衍生物为差不多单位构成的高分子芳香族化合物，对水解纤维素起到屏障作用。
到目前为止,还未发觉能利用木质素的单聚体来生产乙醇的微生物。
半纤维素较易水解为五碳糖，纤维素较困难水解为六碳糖，而木质素一样作为燃料。
燃料乙醇发酵技术研究进展
3、生物质转化
生物质转化是微藻生物质生产燃料乙醇的关键环节之一。目前，生物质转化 主要采用直接法和间接法两种工艺。直接法通过将微藻细胞进行发酵生产乙醇， 其能量转化效率较高，但工艺过程较为复杂。间接法通过热化学或生物转化将微 藻生物质转化为燃料乙醇，过程相对简单，但能量转化效率较低。因此，需要进 一步研究和优化生物质转化的工艺流程和技术参数，提高能量转化效率和生产效 率。
结论
微藻生物质生产燃料乙醇技术作为一种新兴的生物能源技术，具有环保、可 持续等优势。虽然目前该技术还存在一些挑战和问题，但随着相关技术的不断进 步和应用规模的扩大，其发展前景十分广阔。未来，微藻生物质生产燃料乙醇技 术在能源领域中的应用将会越来越广泛，并在促进经济发展、改善环境质量等方 面发挥重要作用。
环境评价
燃料乙醇作为一种可再生能源，具有较低的碳排放和环境污染。但在燃料乙 醇发酵过程中，仍会产生一定的能源消耗和废弃物排放。具体来说，生产1升燃 料乙醇大约需要消耗3.5升的水和200千卡的能量，同时产生一定量的废水和废气。 因此，在发展燃料乙醇产业的同时，需要积极探索新的生产工艺和技术，以降低 能源消耗和废弃物排放。
参考内容
随着全球能源需求的不断增长和环境问题的日益严重，寻找一种环保、可持 续的能源替代品已成为当务之急。微藻生物质生产燃料乙醇技术作为一种新兴的 生物能源技术，正逐渐受到广泛。本次演示将详细介绍微藻生物质生产燃料乙醇 技术的现状、关键技术解析及市场前景展望。
一、微藻生物质生产燃料乙醇技 术的现状
微藻生物质生产燃料乙醇技术主要是利用微藻生物质转化为乙醇的过程。目 前，该技术主要分为间接法和直接法两种生产工艺。间接法主要是通过微藻生物 质的热化学转化或生物转化制得燃料乙醇，而直接法则直接利用微藻细胞进行发 酵生产乙醇。两种工艺各具特点，间接法过程相对简单，但能量转化效率较低， 而直接法能量转化效率较高，但过程较为复杂。
农作物秸秆发酵生产燃料乙醇的研究进展及展望
素 主要 是 由木糖 以及 少量 阿拉 伯糖 、 乳 糖 、 半 甘 露糖 组成 ， 而木 质 素是 以苯丙 烷及 其衍 生物 为基 本单 位构 成 的高分 子芳 香族 化合 物 ， 解 纤维 对水 素起 到屏 障作 用 。到 目前 为 止 还 未 发现 能利 用 木质 素 的单 聚体 来 生 产 乙醇 的微 生 物 。半 纤 维 素较 易 水 解 为 五 碳 糖 ， 维 素 较难 水 解 为 六 碳 纤 糖 ， 木质 素一 般作 为燃 料 。 而
物秸 秆是 丰 富 易得 的植 物纤 维素 资 源 ， 主要 由纤维素 、 纤维 素和木 质素 组成 。秸 秆 经过预 半 处理 、 解和发 酵 可生成 乙醇。秸 秆 生产 乙醇 的工 艺主要 包括预 处理 、 解和 发 酵。发 酵方 水 水
法有 直接 发 酵法 、 间接发 酵 法、 同时糖化 发 酵法 和非等 温 同时糖 化发 酵 法以及 固定 化 细胞 发
基本 组成 是纤维 素 、 半纤 维素 、 木质 素 ， 纤维 素和
一
４ 一 ２
中国饲料添加剂
２１ ０ ０年第 ９期（ 总第 ９ ９期 ）
糖 。纤维 素水 解 只有 在 催 化 剂 存 在下 才 能 显 著 地进 行 。常用 的 催 化剂 是 无 机 酸 和 复合 纤 维 素 酶， 由此分 别形 成 了酸水解 工 艺和 酶水解 工艺 。
眭培林 ： 农作 物秸 秆发酵生产燃料 乙醇 的研究进展及展望
一 ４ 一 ｌ
农作物秸秆发酵生产燃料乙 醇的研究进展及展望
眭培 林
（ 广东 溢 多利生 物科 技有 限公 司 ） 摘 要 ： 物 纤 维素是地 球储 存 太 阳能的 主要 形 式 ， 取之 不尽 的 可再 生资 源 ， 植 是 而农 作
玉米秸秆发酵生产燃料乙醇的研究进展
２２ 物理化学预处理法 ． 蒸汽爆破是木质纤维原料预处理较常用的方法。 这种方法
伯聚糖 、 葡聚糖和甘露聚糖 （ 乙酰取代基 ） ｎ 带 ａ 上糖 醛酸组成 ， 是易于水解的带分支的不均一短链多糖 ， Ｄ一木糖和 Ｌ 一阿拉伯
糖是主要的戊糖 （ 聚木糖 ）Ｄ ， 一葡 萄糖 、 一半乳糖和 Ｄ一甘露 Ｄ 糖是主要的 己糖 （ 甘露聚糖 ） 木质素是 以苯丙烷及其衍生物为 。
２１ 物理 预 处 理 法 ．
注 ： 自 美 国再 生 能 源 实验 室 来
机械 粉碎 是纤维原料预处理 的常用方法 ， 通过切 、 和磨 碾 等工艺使纤维原料 的粒度变小 ，增加底物和酶接触 的表面积 ， 降低纤维素的结晶度。 机械粉碎包括干法粉碎、 湿法粉碎 、 振动 球磨碾磨 以及压缩碾磨粉碎。 预处理的物理方法还包括高温处理、 微波辐射和超 声波预
是 将 木 质 纤 维 原 料 用 １０ ２ Ｏ ６ — ６ ℃水 蒸 汽 处 理 适 当 时 间
（０一 ０ ｉ） ， ３ ｓ２ ｍｎ后 突然减压 ， 蒸汽从反应釜中迅速喷出 ， 使原料
爆破 。蒸汽爆 破预处理 可有效 促进纤维原料 的酶解糖化 ， 其不
足之处是对设备的要求较高 ， 能耗 较大 ， 高温条件下部分 木 在 糖会进一步降解生成糠醛等有害物质。
当前全 世 界 正 面 临 日益 严 重 的石 油 能 源 危 机 。 源瓶 颈 一 能
【 文章编号 】 １ ３２７（ １） — ４ ０ ０ —６３ ００ ２ １ — ２ ０ ２ １
预处 理 。
直制约着经济发展由于石油等化石燃 料 日趋枯竭 ， 酒精 已成为 最具潜力的替代品 ， 因此燃料酒精 的生产越来越受到人们 的重 视， 已成为世界上许多国家研究的重要领域 之一 。 我 国是农业大 国， 生物质资 源相当丰 富 ， 仅农作 物皮壳一 项， 每年 产量可 达 ７亿多 吨 ， 中玉 米秸秆 ０５ 、 麦秸 秆 其 ％）小 （１ 和稻草（９ 是我国三大秸秆 【林业副产 品、 市垃圾和 ２ ％） １ ％） ｌ １ ， 城 工业废物数量也很可观。玉米秸秆是一种丰富可再生的资源 ， 目前 ， 了少部分被利用外 ， 除 大部分以堆积、 荒烧等形式直接倾
燃料乙醇发展现状
燃料乙醇发展现状
燃料乙醇是一种能够替代传统化石燃料的可再生能源。
目前，燃料乙醇的发展取得了一定的进展，但在全球范围内仍处于初级阶段。
燃料乙醇的生产主要依赖于生物质资源，如玉米、蔗糖和谷物等。
通过生物质发酵或化学合成的方式，将这些生物质转化为乙醇燃料。
然而，燃料乙醇生产面临一系列的挑战。
首先，燃料乙醇的生产技术尚不成熟。
目前，乙醇生产过程中仍存在能源消耗高、生产周期长和产率低等问题，导致成本较高。
此外，乙醇生产过程还会产生大量的废水和废弃物，对环境造成一定的影响。
其次，燃料乙醇的市场需求有限。
由于燃料乙醇的使用需要汽车引擎做相应的调整，因此需要更多的汽车制造商和用户对乙醇燃料进行接受和支持。
然而，目前仍有许多国家和地区没有相关政策支持和乙醇燃料基础设施，限制了燃料乙醇的市场潜力。
再者，燃料乙醇的可持续性也是一个需要解决的问题。
生物质资源的获取和利用需要平衡环境、粮食安全和能源需求之间的关系。
如果生物质资源的开发过度，可能会导致土地垄断、粮食短缺和生态破坏等问题。
在技术进步和政策支持的推动下，燃料乙醇仍有望实现规模化生产和广泛应用。
加强对燃料乙醇技术的研发，提升生产效率
和降低成本是发展燃料乙醇的关键。
此外，政府应该加大对燃料乙醇的政策支持力度，鼓励汽车厂商开发适配于乙醇燃料的发动机，并建设相应的加油设施。
综上所述，燃料乙醇的发展仍面临一系列的挑战，但也存在着巨大的发展潜力。
只有加强技术研发、政策支持和资源可持续利用，才能更好地促进燃料乙醇的发展和广泛应用。
秸杆生产酒精
米秸秆发酵法生产燃料酒精的研究进展作者：朴敬惠、张强、陆军、侯霖、金花[摘要] 玉米秸秆主要由纤维素#半纤维素和木质素组成" 玉米秸秆经过预处理!水解和发酵生成酒精" 本文介绍了预处理!水解!发酵几个关键工艺的研究进展"[关键词] 玉米秸秆’酒精’预处理’发酵生物质能的研究已经成为一个热门的研究课题! 对于中国!尤其东北等玉米主产区来讲!玉米秸秆是一种丰富的资源!利用玉米秸秆生产燃料酒精越来越受到重视。
酒精是一种重要的工业原料! 广泛应用于食品! 化工医药等领域!它可以部分或全部替代汽油!具有安全、清洁、再生等优点!酒精主要以糖蜜、薯类、谷物为原料发酵生产! 在我国东北主要以玉米为原料!可是由于人口增长及酒精生产成本问题!以玉米为原料生产酒精难以为继!而利用丰富、廉价的玉米秸秆为原料生产酒精已成为必然趋势"在我国玉米秸秆除了少部分被利用外!大部分以堆积、荒烧等形式直接倾入环境!造成极大污染和浪费!而且这种直接燃烧的方法热效率很低!只有10%左右!如果将它们转化成气体或液体燃料、酒精、氢气、柴油等热效率可达30%以上。
这样不但缓解人类所面临的资源危机!食物短缺!环境污染等一系列问题!也为人类持续发展提供了保证。
玉米秸秆主要由纤维素、半纤维素和木质素组成!经过预处理及水解后纤维素和半纤维素可分解成糖!最后经发酵可转化为酒精!本文主要对这些问题做一概述。
1、玉米秸秆我国玉米秸秆年产量大约 2 亿吨!玉米秸秆主要由植物细胞壁组成!细胞壁基本组成是纤维素、半纤维素、木质素、表纤维素和半纤维素被木质素层层包裹!纤维素是一种有100~1000β-D吡喃型葡萄糖单体以β-14糖苷键连接的直链多糖!多个分子平行排列成丝状不溶性微小纤维!而半纤维素主要是木糖以及少量阿拉伯糖!半乳糖、甘露糖组成!而木质素是以苯丙烷及其衍生物为基本单位构成的高分子芳香族化合物!半纤维素较易水解为五碳糖!纤维素较困难水解为六碳糖,而木质素一般作为燃料"2、玉米秸秆生产酒精途径玉米秸秆中纤维素#半纤维素可作为酒精发酵原料3、玉米秸秆预处理玉米秸秆结构复杂!纤维素!半纤维素不但被木质素包裹" 而且半纤维素部分共价和木质素结合!纤维素具有高度有序晶体结构" 因此必须经过预处理"使得纤维素!半纤维素!木质素分离开"切断它们的氢键"破坏晶体结构"降低聚合度# 常见预处理方法有以下几种，见表。
玉米秸秆发酵生产燃料乙醇的研究综述
作者简介张亮（１９８５－），男，陕西西安人，本科，专业：生物工程。
收稿日期２００６!１２!１９１玉米秸秆主要成分玉米秸秆主要由植物细胞壁组成，细胞壁基本组成是纤维素、半纤维素和木质素，纤维素和半纤维素被木质素层层包裹。
纤维素是一种由吡喃型葡萄糖单体以糖苷键连接的直链多糖；半纤维素主要是由木糖以及少量阿拉伯糖、半乳糖、甘露糖组成；而木质素是以苯丙烷及其衍生物为基本单位构成的高分子芳香族化合物。
半纤维素较易水解为五碳糖，纤维素水解为六碳糖较困难，木质素一般作为燃料。
２玉米秸秆生产乙醇总工艺流程（图１）３玉米秸秆预处理工艺玉米秸秆化学结构复杂，纤维素、半纤维素不但被木质素包裹，而且半纤维素部分共价和木质素结合，纤维素具有高度有序晶体结构，因此必须经过预处理，使纤维素、半纤维素、木质素分离开，切断它们的氢键，破坏晶体结构，降低聚合度。
目前玉米秸秆的前处理方法很多，包括球磨、高温水汽爆破法，低温氨爆破法，常温二氧化碳爆破法，电子射线、γ射线、稀酸处理法等［５］。
这里主要介绍酸处理法、蒸汽爆破法和湿氧化法。
３．１酸处理法酸处理法处理纤维质原料历史很悠久，可追溯到１９８０年，而在德国可能更早。
首先将捆状或碎片状的原料粉碎成微小颗粒后送到预处理反应器中，高压蒸汽和硫酸对原料进行处理，蒸汽温度在２００～２５０℃，硫酸浓度为０．５％～１％。
原料在这种环境下维持时间少于１ｍｉｎ，然后快速释放压力。
在主要成分中，半纤维素是第一个参与反应的，木聚糖部分解聚和溶解，然后水解成木糖，外源硫酸的存在对于木糖单体的形成尤为重要，若缺乏外源酸，就会形成木糖低聚物。
更进一步，酸的增加可提高工艺的一致性，因为天然酸水平变化范围相当大，若预处理更进一步进行，木糖会脱水产生糠醛，糠醛是不需要的。
木聚糖的解聚反应：Ｃ６Ｈ１２Ｏ６→２Ｃ２Ｈ５ＯＨ＋２ＣＯ２木糖脱水形成糠醛：２Ｃ５Ｈ１０Ｏ５→３Ｃ２Ｈ５ＯＨ＋４ＣＯ２［６］只有少量的纤维素发生水解反应生成葡萄糖，而木质素经历了解聚作用，在水或酸中维持不溶解状态。
利用秸秆生产乙醇可行性分析
秸杆生产乙醇的可行性分析秸杆是一种可再生的自然能源资源，也是可以“合理永续地利用自然资源”，它不仅能缓解商品能源的短缺和供给高效饲料，而且有利于农业科技的全面推行和生物质的综合利用，对农村经济可持续进展和生态环境的保护起到乐观的作用。
秸杆能源化工程，可以提高综合利用率，大幅度地提高能源的干净质量，解决了秸杆过剩造成的任凭燃烧问题，是实现经济、社会、能源、生态、环境协调进展的有效途径。
秸杆的主要成分是木质纤维素。
是纤维素、半纤维素和木质素混合在一起的材料。
用木质纤维素作为糖源生产燃料酒精，目前糖的利用和转化率还很低，通常只有百分之十几。
在秸秆中纤维素、半纤维素和木质素通过共价键或非共价键严密结合而成的木质纤维，占秸杆总重量的约70-90％左右。
植物中三者各占的比例随不同来源的植物或植物的不同局部而有所区分，或许的比例数字为：纤维素 30-50%;半纤维素 20-35%;木质素 20-30%; 灰份 0-15%。
其实纤维素的非结晶构造是很简洁被打破的，它可以完全降解成葡萄糖，后者是发酵乙醇的原料。
目前患病的主要问题是，纤维素的结晶构造难以被破坏，致使人们无法完成后续处理。
纤维素和半纤维素被难以降解的木质素包裹，使得纤维素酶和半纤维素酶无法接触底物，这构成了木质纤维素利用的重大障碍。
只有经过有效的预处理方法，破坏了木质纤维素的高级构造，实现纤维素酶和半纤维素酶对纤维素的可及性，才能使木质纤维素作为自然界里最大宗的资源，像淀粉一样被人和动物完全利用。
纤维素被纤维素酶水解的反响通常又称为糖化反响，水解的主要产物是单糖。
植物细胞壁中，纤维素被半纤维素和木质素通过物理和化学作用所包裹，不利于纤维素酶对纤维素的进攻。
木质素是由苯基丙烷聚合而成的一种非多糖物质。
由芳香烃的衍生物以-C-C-键、-O-键纵横交联在一起，其侧链又与半纤维素以共价键结合，形成一个格外致密的网络构造，将纤维素紧紧包裹在里面。
所以，要彻底降解纤维素，必需首先降解木质素。
玉米秸秆发酵生产乙醇的研究进展
第 ４ 卷（ ３ 总第 １５ ） ３期
孙春宝
等： 玉米秸秆发酵生产乙醇的研究进展
３ ｌ
类所面临的资源危机 ， 食物短缺 ， 环境污染等一系列 问题 ， 也为人类持续发展提供了保证 。
ｌ 玉米 秸 秆简 介 玉 米秸 秆 主要 由植 物 细 胞 壁 组 成 ， 胞 壁 基本 细
Ｄ Ｕ Ｋ ｕ Ｕ ｈ ｎ ｂｏ Ｏ 叫 ｎ Ｓ ＮＣ ｕ － ａ
（ ｌ ｇ Ｃｖ ＆Ｅ ｖ ｏ ｍ ｎ 西 黜 Ｃ ｌ ｅｏ ｉ ｌ ｎ ｉ ｎ ｅ ｔ ｏｅ ｆ ｉ ｒ ￡面ｅ ｉｒ Ｓ ｉ ｃ ｎ ｅｈｏ ｇ ， ｑｎ ０ ０ ３ ， 句 ｏ ｃ ｎｅ ｄＴｃ ｎｌ ｙ Ｂ ｉ ， ｆ ｅ ａ ｏ ｅ ￣１ ０ ８ Ｊ
摘
要： 秸秆是丰富的可再生资源， 由纤 雏素 、 主要 半纤雏素和木 质素组成 。秸秆 经过预 处理， 水解和发 酵可生成 乙
醇。秸秆生产 乙醇的工艺包括预 处理， 水解和发酵 。发 酵方法有 直接发酵 法、 阊接 发酵法、 混合菌种发酵法 、 同时糖
化发酵法和非等温 同时糖 化发 酵法以及 固定化 细胞发酵 法。介绍 了秸秆 生产乙醇几 个关键工艺的最新进展 。
我 国玉 米秸 秆 除 了少部 分 被 利 用 外 ， 部 分 以 大
发。作为农业废弃物的玉米秸秆多 以燃料烧掉 ， 其 烟雾中含大量 的１ 和Ｓ ２ 趼 ｏ， 造成大气严重污染【 １ 】 。近 年来生物质能 的研究 已经成 为一个热 门的研 究课
堆积 、 荒烧等形式直接倾 入环境 ， 成极 大污染和 造 浪费 ， 而且这 种直接 燃烧 的方法热效率很低 ， 只有
Ａｂ ｌ ａ ｔ ｈ ｔｖ ｒｗａ ｂ ｎ ａ ｔａ ｄ ｒ ｎ ｗａ ｌ ｅ ｏ ｒ ｅ ａ ｄ ｍａｎ ｙ ｃ ｎ ｉ ｅ ｆｃ ｌ ｌｓ ｓ ｒ ｃ ：Ｔ ｅ ｓ ｅ ｓ ａ ｕ ｄ ｎ ｎ ｅ ｅ ｂｅ ｒ ｓ ｕ ｃ ｎ ｉ ｌ ｏ ｓｓ ｄ ｏ ｅ ｌ ｏ ｅ，ｈ ｍｉｅ ｌｌ ｓ ｎ ｇ ｉ ． ｔ ｏ ｔ ｕ ｅ ｃ ｌ ｏ ｅ ａ ｄ ｆ ｎ ｎ ｕ ｉ Ｅ ｈ ｎ ｌｃ ｕ ｄ ｂ ｂａ ｎ ｄ ｂ ｒｔｅ ｔ ｇ ａ ｄ ｈ ｄ ｌｚｎ ｎ ｅ ｍｅ ｔ ｇ ｗｉ ｔｖ ｒ Ｔ ｅ ｆｒ ｎａ ｉ ｎ ｍｅｈ ｄ ｎ ｌ ｄ ｄ ｔ ａ ｏ ｏ ｌ ｅ ｏ ｔ ｉｅ ｙ ｐ ｅｒ ａｉ ｎ ｙ ｍ ｙ ｉｇ ａ ｄ ｆ ｒ ｎ ｉ ｔ ｓ ｅ ． ｈ ｅ ｍｅ ｔ ｔ ｔ ｏ ｓ ｉ ｃｕ ｅ ｎ ｎ ｈ ｏ ｏ ｄｒ ｃ ｒ ｎａ ｉ ｎ， ｎ ｉｅ ｔ ｅｍｅ ｔ ｔ ｎ，ｍｉｅ ｃ ｏ ｅ ｒ ｎａ ｉ ｎ， ｉ ｌ ｎ ｏ ｓｓ ｃ ｈ ｒ ｉａ ｉｎ ａ ｄ ｆｒ ｎａ ｉｎ ， ｉ ｔｆ ｍｅ ｔ ｔ ｅ ｅ ｏ ｉ ｄ ｒ ｃ ｒ ｎ ａｉ ｆ ｏ ｘ ｄ ｍｉ ｒ ｂ ｓｆ ｍｅ ｔｔ ｅ ｏ ｓｍｕ ｔ ｅ ｕ ａ ｃ ａ ｉ ｃ ｔ ｎ ｍｅ ｔ ｔ ａ ｆ ｏ ｅ ｏ ｎ ｎ ｓ ｔ ｅ ｍａ ｉ ｌ ｎ ｏ ｓ ｓ ｃ ｈ ｒ ｉａ ｉｎ ａ ｄ ｆｒ ｎａ ｉｎ ， ｍｍｏ ｉ ｚ ｄ ｃ ｌ ｆ ｒ ｎ ａ ｉｎ ｅｃ Ｔ ｉ ａ ｔ ｌ ｏ ｕ ｅ ｎ ｏ ｉ ｈ ｒ ｌｓｍｕ ｔ ｅ ｕ ａ ｃ ａ ｉ ｃ ｔ ｎ ｅ ｍｅ ｔ ｔ ｏ ａ ｆ ｏ ｏ ｉ ｂｌ ｅ ｅｌ ｅ ｍｅ ｔｔ ｔ ． ｈ ｓ ｒｉ ｅ ｆｃ ｓ ｄ ｏ ｉ ｏ ｃ ｉ ｔ ｄ ｃｎ ｈ ｅ ｐ ｏ ｒ ｓ ｆ ｅ ｅ ｈ ｉｓ ｏ ａ ｃ ｈ ｌ ｅ ｍｅ ｔ ｔ ｎ ｎ ｒ ｕ ｉ ｇｔ ｅ ｎ ｗ ｒ ｇ ｅ ｓ ｏ ｋ ｙｔｃ ｎ ｃ ｆ ｌ ｏ ｏｉ ｒ ｎａ ｉ ． ｏ ｃｆ ｏ Ｋｅ ｏ ｄ ｙ Ｗ ｒ ｓ：ｓｏ ｅ ｅｈ ｎ ｌ； ｉｎ ｃ ｌ ｌ ｓ ； ｅ ｍｅ ｔｔ ｎ ｔｖ ｒ； ｔ ａ ｏ ｌ ｏ ｅｌ ｏ ｅ ｆ ｒ ｎ ａ ｉ ｇ ｕ ｏ
玉米秸秆发酵生产酒精的研究
玉米秸秆发酵生产酒精的研究一、引言在当前环境保护和可再生能源的重要性日益凸显的背景下，利用农业废弃物进行生物发酵生产酒精成为一种具有潜力的技术。
玉米秸秆是一种常见的农业废弃物，其丰富的碳水化合物成分让其成为一种理想的原料来生产酒精。
本文将探讨玉米秸秆发酵生产酒精的研究现状、方法、优势以及未来发展方向。
二、玉米秸秆发酵生产酒精的方法1. 原料准备玉米秸秆作为主要原料，需要经过破碎、水浸泡等处理，以提高其表面秸秆秸外的表面秸秆秸曝露面积，有利于后续的酶解和发酵过程。
2. 酶解过程将处理好的玉米秸秆进行酶解，主要通过添加纤维降解酶来分解玉米秸秆中的纤维素和半纤维素等多糖物质，释放出葡萄糖等单糖。
3. 发酵生产酒精在酶解后，将释放出的单糖溶液用酿酒酵母等微生物菌种进行发酵，产生酒精和二氧化碳。
发酵过程中需要控制好温度、pH值等参数。
三、玉米秸秆发酵生产酒精的优势1.环保：利用玉米秸秆等农业废弃物进行生产，能减少焚烧等对环境的污染。
2.资源综合利用：将废弃物转化为有价值的产品，实现资源的循环利用。
3.降低生产成本：玉米秸秆等废弃物作为原料成本低廉，有助于降低生产成本。
4.可持续发展：利用农业废弃物生产酒精符合可持续发展的理念，有助于实现能源的可持续供应。
四、未来发展方向1.工艺优化：不断优化酶解和发酵工艺，提高生产效率和产量。
2.副产物利用：研究开发玉米秸秆发酵过程中的副产物的综合利用价值。
3.工业化规模化：进一步探索工业化规模化生产的可行性和优化方案。
4.技术创新：结合生物技术等新技术手段，推动玉米秸秆发酵生产酒精技术的创新发展。
五、结论玉米秸秆发酵生产酒精是一种有潜力的技术路线，具有环保、资源综合利用、降低生产成本等优势，未来的发展潜力广阔。
通过持续的研究和创新，玉米秸秆生产酒精技术将在可再生能源领域发挥更加重要的作用。
以上是关于玉米秸秆发酵生产酒精的研究文档，希望对您有所帮助。
燃料乙醇发酵技术研究进展
燃料乙醇发酵技术研究进展摘要：酒精生料发酵技术，因为工艺简单、能耗低、产品得率高等原因，一直是国内外研究的热点和重点发展方向之一，本文概述了燃料乙醇发酵技术的研究进展，并展望了今后的研究方向。
关键词：燃料乙醇；发酵工艺；基因工程1、燃料乙醇发酵分析1.1、多尺度发酵燃料乙醇燃料乙醇在发酵的过程中会涉及到微生物工程、化学工程、生物化学工程等多个工程领域，并且发酵过程较为复杂，单一角度的研究并不能提高燃料乙醇的制备效率，因此，在研究时应该注重多尺度燃料乙醇的发酵研究，让整个发酵过程显得更加全面，只有全方面的研究才能够保证和实际相符。
1.2、燃料乙醇发酵中的发酵罐多场发酵罐是遗传发酵过程中使用的发酵设备，这主要是由乙醇发酵过程的复杂性决定的，并且温度、湿度等多个方面都会对乙醇发酵产生影响，这些影响因素作用到乙醇发酵工作当中减缓乙醇的发酵速度、减缓乙醇发酵进程，不同的发酵进程在发酵罐中也会产生不同的反映场，最终产生不同的发酵质量，但是这种发酵也有好处，工作人员可以干预发酵过程，提高发酵中质量。
2、燃料乙醇发酵技术和工艺2.1、同步糖化发酵技术传统的乙醇生产工艺都是先糖化后发酵。
同步糖化发酵法则采用边糖化边发酵原理，即原料不经预先糖化，直接进入发酵，糖化和发酵在一个反应器中同时进行。
发酵液中可发酵性糖的含量始终保持在较低水平。
发酵过程比较平稳。
同步糖化发酵法既免去了糖化工序，又削减了水解产物对糖化酶的反馈抑制，也降低了高浓度糖底物对酵母菌的抑制作用，因而使得乙醇产率较高。
同步糖化发酵法可分为两种类型。
一是酶糖化与微生物发酵同步进行，如，以水稻秸秆为原料，采用纤维素酶与酵母菌共培养的方式进行同步糖化发酵，可使乙醇的最终质量浓度达25.8g/L，转化率达57.5%；以绿色木霉纤维素酶和酿酒酵母同步糖化发酵经汽爆处理后的毛白杨木粉，乙醇的转化率高达86%，比分步糖化发酵法提高了1.6倍。
二是糖化与发酵均采用微生物且同步进行。
以秸秆为原料生产生物丁醇过程中关键问题的研究
以秸秆为原料生产生物丁醇过程中关键问题的研究玉米秸秆是一种农业生产副产物,可视为重要的可再生资源。
以秸秆为原料生产生物乙醇和丁醇中的关键工艺段之一是酸催化水解秸秆制取可发酵糖过程,其主要的生产成本之一是酸本身的消耗。
本研究提出一新工艺路线:以甲酸为催化剂将其中半纤维素水解制取糠醛,用最终发酵产品丁醇或乙醇溶解秸秆剩余(甲酸水解残余物)中的大部分木质素,再以硫酸为催化剂采用两步水解法水解纤维素得到含有葡萄糖的酸水解液。
其次用酸阻滞过程分离该酸水解液中的催化剂酸和产物葡萄糖。
最后得到的分别含有酸和糖的两股洗脱液用多效膜蒸馏过程深度浓缩同时脱除抑制性杂质。
浓缩的酸液可以作为催化剂回用,而提纯浓缩后的糖液用于发酵制取丁醇或乙醇。
实验结果表明,使用强碱性阴离子交换树脂的酸阻滞分离过程可以有效地将酸水解液中的糖和酸进行分离,并且硫酸与糖的分离效果好于盐酸与糖的分离效果。
当硫酸回收率为92.4%~98.9%时相对应的糖回收率为94.3%~99.2%。
回收的脱洗液I(稀硫酸溶液)经多效膜蒸馏等过程的浓缩得以回用。
当使用MEMD把2 wt%的硫酸溶液浓缩至30 wt%时,最大的渗透通量和造水比值分别为5.52L/(m2h)和12.00,这相当于传统十五效蒸发器的节能效果。
即使硫酸深度浓缩至30 wt%时,渗透通量和造水比仍可达3.80 L/(m2h)和8.16,这相当于传统十效蒸发器的节能效果。
同时,当脱洗液II(稀糖溶液)经多效膜蒸馏过程浓缩了20倍,最终糖浓度为497.6 g/L时,渗透通量和造水比的值仍可达2.01 L/(m2h)和7.2,这相当于传统九效蒸发器的节能效果。
酸阻滞分离和多效膜蒸馏联合用于秸秆酸水解液的分离浓缩同时具有对糖液脱毒的效果。
例如,当糖液浓缩5倍时,多效膜蒸馏对甲酸、乙酸、乙酰丙酸、糠醛、5-羟甲基糠醛和酚类毒性物质的脱除率分别为86%、82%、54%、86%、57%和19%。
不能被多效膜蒸馏过程脱除的非挥发性酚类毒性物质已经事先被酸阻滞过程有效脱除。
秸秆发酵生产燃料乙醇关键技术的发展方向研究
第15卷第10期2008年10月 现代农业科学Modern Agricultural Sciences Vol .15No .10Oct .2008秸秆发酵生产燃料乙醇关键技术的发展方向研究冯 玮,宋 鹏,向文良,杨志荣(四川大学生命科学学院,四川成都610064)摘 要:讨论了秸秆发酵生产燃料乙醇工艺中的主要存在问题及其发展方向。
系统的论述了目前常用的工艺流程,通过对比预处理、水解、发酵各个工艺中不同方法的优缺点,分析可行的发展方向。
关键词:秸秆;燃料乙醇;预处理;水解;发酵中图分类号:S216.2 文献标识码:A 文章编号:100524650(2008)1020116202Study on the D evelop m en t D i recti on of Key Technology i n the Process ofFuel Ethanol Producti on by Straw Ferm en t a ti onFENG W e i ,S O NG Peng,X IANG W en 2li a ng,YANG Zh i 2rong(College of L ife Science,Sichuan University,Chengdu,Sichuan 610064)Abstract:The paper discussed the main p r oble m s and devel opment directi on in the p r ocess of fuel ethanol p r oducti on by stra w fer mentati on,and expounded systematically common technol ogical p r ocess,the feasible devel opment directi on was analyzed thr ough comparing the advantages and disadvantages of different methods in each p r ocess including p retreat m ent,hydr olysis and fer mentati on .Key words:stra w;fuel ethanol;p retreat m ent;hydr olysis;fer mentati on收稿日期:2008-09-23作者简介:冯玮(1984-),硕士研究生,研究方向为工业微生物1 前言能源作为现代社会赖以生存和发展的基础,受到世界各国的广泛关注。
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Chen Hongzhang 3 3 Qiu Weihua (State Key Laboratory of Biochemical Ecess Engineering ,
Chinese Academy of Sciences , Beijing 100080 , China)
Key words straw ; fuel alcohol ; biomass total utilization ; industrial demonstration projects
1 引言
能源是当今社会赖以生存和发展的基础 。目 前 ,石油等传统化石燃料所造成的环境污染日益严 重 ,而且其储量逐渐减少 。据国际能源资料统计和 专家预言 ,适合于经济开采的石油和天然气资源只 能再开采 30 年 ,最多 50 年 ,煤炭储量也仅够开采 300 年[1] 。寻 找 新 的 可 再 生 的 替 代 能 源 已 迫 在 眉 睫 。2003 年 6 月“国际可再生能源会议”提出扩大
Abstract The utilization of wheat straw to produce fuel ethanol is an issue which complexity has been internationally acknowledged. The article has analyzed the reasons that limit the value2added conversion of straw considering the component inhomogeneity of straw. Furthermore , the crucial problems of straw to fuel alcohol were also analyzed. The research progress on these crucial problems are investigated , which includs the pretreatment of straw materials , the production of cellulase , the enzymatic hydrolysis of straws to fuel alcohol , and the industrial demonstration project of producing straw to fuel alcohol . The industrialization demonstration project of producing fuel alcohol by lignocellulosic biomass enzymatic hydrolysis and fermentation laid a solid base for the large2scale , industrial and low2cost production of fuel alcohol from straw.
关键词 秸秆 燃料乙醇 生物量全利用 产业化示范工程 中图分类号 : TK6 ; S21612 文献标识码 : A 文章编号 : 10052281X(2007) 07Π821116206
The Crucial Problems and Recent Advance on Producing Fuel Alcohol by Fermentation of Stra w
再生能源供应是必然趋势 。许多国家将生物质能摆 到重要位置 ,制订了相应的开发研究计划 。如美国 生物能源的发展目标是到 2020 年生物燃油取代全 国燃油消耗量的 10 % ,生物基产品取代石化原料制 品的 25 % ,使碳排放量每个月减少 1 亿吨 (相当于 7 000 万辆汽车的排放量) ;欧盟委员会提出到 2020 年运输燃料的 20 %将用燃料乙醇等生物燃料替代 ; 日本制订了“阳光计划”;印度制订了“绿色能源工程 计划”;巴西制订了“乙醇能源计划”等[2] 。
目前 ,国内外已有大量关于纤维素原料转化乙 醇的技术路线的研究 ,并处于筹划千吨级纤维素乙 醇示范工程建设阶段 。然而纤维燃料乙醇生产的技 术经济关迟迟不能走出低谷 ,分析其原因主要有 : (1) 单一技术无法实现纤维素 、半纤维素和木质素 三组分的同时利用 。只强调单一纤维素组分的利 用 ,其它组分成为废弃物 ,既造成环境污染 ,又造成 资源浪费 。(2) 缺乏纤维素原料转化过程关键技术 的突破 。如在原料预处理上 ,套用造纸工业的污染 技术或酸水解的传统技术 ,造成原料预处理费用高 和环境污染严重 ;在纤维素酶和乙醇发酵生产中 ,套 用淀粉发酵乙醇的工艺和设备 ,使得纤维素酶用量 大 ,乙醇转化效率低 ,造成乙醇直接生产成本高。 (3) 缺乏系统的技术集成和配套技术研究 。
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部位的酶解性能也存在较大的差异[10] 。
化 学 进 展
第 19 卷
基础上 ,该技术通过改进实现了工程放大 ,目前已经 达到 5 m3 的规模 (图 3) 。
图 2 玉米秸秆不同部位的酶解效果 [9] Fig. 2 The enzymatic hydrolysis effects of corn straw from different parts[9]
综合分析多年的研究结果证明 ,依靠单一技术 或单一组分利用来实现秸秆发酵制备燃料乙醇是难 以成功的 ,必须针对现有技术存在的关键问题 ,充分
认识秸秆的生物性质 ,在研究方法和思路上进行新 的重大改进 ,才能有所突破[6 , 7] 。
2 充分认识秸秆性质的不均一性
秸秆和木材同属于木质纤维素 ,都由纤维素 、半 纤维素和木质素组成 (4∶3∶3) ,然而两者在结构和化 学组成上却有较大的差异 ,其转化特性也不同 。传 统的生物转化过程把秸秆作为性质“单一”的原料 , 主要利用的是秸秆中的纤维素 ,从而使得秸秆的高 值转化难以适应工业化的要求 。实际上 ,秸秆的生 物结构具有不均一性 ,即茎 、杆 、叶 、穗 、鞘等各占一 定比例 ,而且各部分的化学成分及纤维形态差异很 大[8] 。以玉米秸秆为例[9] ,皮和叶的结构致密 ,芯则 比较疏松 ,各部分在秸秆中所占的重量比例也不同 , 而且随着秸秆直径的变化而变化 ;从细胞组成来看 , 皮中的杂细胞含量最少 ,叶和芯中的杂细胞分别为 60 %和 70 %左右 (面积比) ; 从化学组成来看 ,皮中 的纤维素含量最高 ,与其它各部位的纤维素含量差 异显著 ,叶中的半纤维素含量最高 ,而木质素主要集 中在皮和结 ,灰分则主要集中在叶部 (图 1) 。
收稿 : 2007 年 3 月 3 国家重点基础研究发展规划 (973) 项目 (No. 2004CB719700) 资助 3 3 通讯联系人 e2mail :hzchen @home. ipe. ac. cn
第 7Π8 期
陈洪章等 秸秆发酵燃料乙醇关键问题及其进展
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在生物质能产品产业规模方面 ,发展最快的是 燃料乙醇 ;2004 年巴西以甘蔗为原料生产燃料乙醇 1 200万吨 ;美国以玉米为原料生产燃料乙醇1 000万 吨[3] 。燃料乙醇是最现实的液体燃料替代用品之 一 。糖蜜 、粮食淀粉和木质纤维素都可用来生产燃 料乙醇 。但从总体看 ,要依靠糖蜜和粮食淀粉作为 原料 来 解 决 用 量 很 大 的 燃 料 问 题 显 然 是 不 现 实 的[4] 。美国的一本《工业酶学》认为 “: 如果乙醇工业 要生存 ,就必须利用木质纤维素生产”[5] 。我国是农 业大国 ,每年可产生秸秆 7 亿多吨 ,相当于 315 亿吨 标准煤 ,但目前大量秸秆就地焚烧已成为我国一大 社会公害 。因此 ,在我国开发利用秸秆生产燃料乙 醇更具有现实意义 。
低压无污染蒸汽爆破技术 ,是基于秸秆与木材 在化学组成和结构上的差异而提出的 。该技术在汽 爆的过程中不需要添加任何化学药品 ,只需控制秸 秆的含水量即可以分离出 80 %以上的半纤维素 ,且 使秸秆纤维素的酶解率达到 90 %以上[8] 。蒸汽爆 破处理之后 ,通过机械梳理可以实现纤维束组织和 杂细胞组织的分离 ,所得到的纤维束组织适于制浆 , 浆得率可达到 65 % ,与木材相近 ; 杂细胞组织适于 发酵 ,以纤维素酶为例 ,发酵 7 d 最高酶活约 194118 FPUΠg 干曲 ,达到了国际先进水平 。在实验室研究
图 1 玉米秸秆不同部位的成分含量 [9] Fig. 1 The compound contents of corn straw from different parts
这种结构的不均一性导致了秸秆各种组分的转 化特性的不同 ,其转化特性和转化产品也随着秸秆 组分结构的不同而变化 。而且 ,秸秆不同部位 、不同 组织 、不同细胞之间的酶解性能和物理化学性能都 存在一定的差异 。如玉米秸秆结构及性质上的不均 一性 ,导致了其各部位酶解率的不均一性 :芯的酶解 率最高 ,酶解 24 h 后可达 88132 % ,而相同条件下叶 的酶解率为 28133 % ; 不同部位的纤维特征也不一 致 ,在皮和叶中存在与木材纤维特征相近的优质纤 维 (图 2) 。实验结果同样表明 ,在水稻秸秆中不同
摘 要 利用木质纤维素原料生产燃料乙醇是国际公认的难题 。本文从秸秆原料组分不均一性出发 , 分析了秸秆难以高值化原因 ;进一步分析了秸秆酶解发酵燃料乙醇的关键问题 ,介绍了有关秸秆原料预处 理 、纤维素酶生产 、秸秆酶解发酵乙醇和产业化示范工程等的进展 。秸秆酶解发酵燃料乙醇产业化示范工程 具有自主知识产权 ,为实现我国秸秆转化燃料乙醇的规模化 、产业化 、低成本生产奠定了基础 。
311 原料预处理与无污染蒸汽爆破技术 秸秆的主要成分是纤维素 、半纤维素和木质素 。
它们既不溶于水 ,也不溶于一般的有机溶剂 ,而且交 织在一起 ,相互制约 ,是化学性质很稳定的高分子化 合物 。原料预处理技术可以部分破坏木质素的包裹 作用以及纤维素的结晶结构[4] ,从而提高秸秆原料 的酶解发酵性能 。如未经处理的秸秆原料在纤维素 酶过量 (100 FPUΠg 底物) 的条件下 ,直接进行纤维素 酶水解 ,酶解率很低 ,而且糖的得率也都在理论得率 的 20 %以下[11] 。