Z1222生物质能源燃料乙醇 31页PPT文档
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《生物质能源化利用》课件
减少温室气体排放
生物质燃烧过程中产生的二氧化碳可被植物吸收。
促进农业发展
利用农作物残渣和废弃物可增加农民收入。
生物质能源利用的挑战与限制
技术限制
生物质能源的转化和利用过程仍面 临技术挑战。
生态问题
大规模采集生物质可能导致森林破 坏和生态系统平衡失调。
资源限制
生物质能源的供应取决于可获得的 废弃物和农产品。
《生物质能源化利用》 PPT课件
生物质能源是指利用植物和动物等有机物质转化成的可再生能源。
生物质能源的定义
生物质能源是指利用植物和动物等有机物质转化成的可再生能源。它可以来 自废弃物、农作物残渣、生活垃圾和木材等。
生物质能源的来源
1 农作物残渣
2 生活垃圾
3 木材
包括庄稼植物的剩余部分， 如稻壳、玉米秸秆等。
生物质能源的未来发展趋势
技术创新
研究人员致力于改进生物质能源的转化和利用技术。
可持续生产
未来生物质能源发展应注重生态平衡和气候变化需求。
生物质能源利用的案例分享
1
瑞典Mälarenergi热电厂
这家热电厂使用木材和废弃物作为燃料，向城市供应热能和电力。
2
巴西São Paulo发酵厂
该发酵厂利用生活垃圾发酵产生生物气体，供应城市的燃气需求。
3
美国Cornell University实验室
这个实验室研究如何将农作物残渣和废弃物转化为有用的能源和化学品。
废弃食物、纸张和其他有机 材料是生物质能源的一部分。
来自森林和林业废弃物，如 锯末、树皮和木屑。
生物质能源的利用方式
烧制
将生物质进行燃烧，产生热能或 电能。
发酵
通过微生物的作用，将有机物质 转化为生物气体或生物醇。
生物质燃烧过程中产生的二氧化碳可被植物吸收。
促进农业发展
利用农作物残渣和废弃物可增加农民收入。
生物质能源利用的挑战与限制
技术限制
生物质能源的转化和利用过程仍面 临技术挑战。
生态问题
大规模采集生物质可能导致森林破 坏和生态系统平衡失调。
资源限制
生物质能源的供应取决于可获得的 废弃物和农产品。
《生物质能源化利用》 PPT课件
生物质能源是指利用植物和动物等有机物质转化成的可再生能源。
生物质能源的定义
生物质能源是指利用植物和动物等有机物质转化成的可再生能源。它可以来 自废弃物、农作物残渣、生活垃圾和木材等。
生物质能源的来源
1 农作物残渣
2 生活垃圾
3 木材
包括庄稼植物的剩余部分， 如稻壳、玉米秸秆等。
生物质能源的未来发展趋势
技术创新
研究人员致力于改进生物质能源的转化和利用技术。
可持续生产
未来生物质能源发展应注重生态平衡和气候变化需求。
生物质能源利用的案例分享
1
瑞典Mälarenergi热电厂
这家热电厂使用木材和废弃物作为燃料，向城市供应热能和电力。
2
巴西São Paulo发酵厂
该发酵厂利用生活垃圾发酵产生生物气体，供应城市的燃气需求。
3
美国Cornell University实验室
这个实验室研究如何将农作物残渣和废弃物转化为有用的能源和化学品。
废弃食物、纸张和其他有机 材料是生物质能源的一部分。
来自森林和林业废弃物，如 锯末、树皮和木屑。
生物质能源的利用方式
烧制
将生物质进行燃烧，产生热能或 电能。
发酵
通过微生物的作用，将有机物质 转化为生物气体或生物醇。
生物质燃料乙醇发酵技术PPT.ppt
乙醇 发酵 机理
1 生物质燃料乙醇及其特点
2
乙醇发酵过程
3
淀粉质原料制乙醇
4
纤维质原料制乙醇
生物燃料乙醇发酵机理
淀
纤
粉
维
糖
糖
化
化
糖
发 酵
乙 醇
乙醇发酵技术
淀粉 预处理
化物 来 学理 源 性特 质征
淀粉 预处理
糖化
酸解法: 酶解法：液化，糖化
酸糖酶结合法：酸酶、酶酸
糖化工艺
................
粉
维
糖
糖
化
化
糖
发 酵
乙 醇
• 中南大学能源动力学院新能源 C.J change
1.发酵前期：发酵菌种繁殖时期，
发 酵
三个阶段
2.主发酵期：繁殖基本停止，主 要厌氧乙醇发酵
3.发酵后期：糖浓度降低，发酵作用
减弱，菌种死去。
四步十二个反应
1.葡萄糖到二磷酸果糖，3步反应。
2.磷酸果糖到磷酸甘油醛，2步反应。 3.磷酸甘油醛到丙酮酸，5步反应 4.丙酮酸降解成乙醇，2步反应。
淀
纤
纤维 预处理
糖化
酸解法: 酶解法：液化，糖......
生物质燃料乙醇发酵技术
葡萄
发酵
糖
乙醇
生物质燃料乙醇技术
两种途径
1.酵母乙醇发酵法：利用酿酒酵母、 管囊酵母、卡尔酵母、清酒酵母在 无氧条件下，得到乙醇
2.细菌乙醇发酵法：利用厌氧发酵 单胞菌、棕榈发酵菌、运动发酵单 胞菌发酵
1 生物质燃料乙醇及其特点
2
乙醇发酵过程
3
淀粉质原料制乙醇
4
纤维质原料制乙醇
生物燃料乙醇发酵机理
淀
纤
粉
维
糖
糖
化
化
糖
发 酵
乙 醇
乙醇发酵技术
淀粉 预处理
化物 来 学理 源 性特 质征
淀粉 预处理
糖化
酸解法: 酶解法：液化，糖化
酸糖酶结合法：酸酶、酶酸
糖化工艺
................
粉
维
糖
糖
化
化
糖
发 酵
乙 醇
• 中南大学能源动力学院新能源 C.J change
1.发酵前期：发酵菌种繁殖时期，
发 酵
三个阶段
2.主发酵期：繁殖基本停止，主 要厌氧乙醇发酵
3.发酵后期：糖浓度降低，发酵作用
减弱，菌种死去。
四步十二个反应
1.葡萄糖到二磷酸果糖，3步反应。
2.磷酸果糖到磷酸甘油醛，2步反应。 3.磷酸甘油醛到丙酮酸，5步反应 4.丙酮酸降解成乙醇，2步反应。
淀
纤
纤维 预处理
糖化
酸解法: 酶解法：液化，糖......
生物质燃料乙醇发酵技术
葡萄
发酵
糖
乙醇
生物质燃料乙醇技术
两种途径
1.酵母乙醇发酵法：利用酿酒酵母、 管囊酵母、卡尔酵母、清酒酵母在 无氧条件下，得到乙醇
2.细菌乙醇发酵法：利用厌氧发酵 单胞菌、棕榈发酵菌、运动发酵单 胞菌发酵
生物燃料——生物乙醇 ppt课件
乙醇产生途径
在微生物体内，葡萄糖转化的途径主要是酵解途径。酵解途 径是将葡萄糖降解成丙酮酸并伴随生成能量形式ATP的过程。
在好氧有机体中，酵解生成的丙酮酸进入线粒体，经三羧酸 循环被彻底氧化成CO2和H2O。
在厌氧有机体中，则把酵解产生的丙酮酸脱羧生成乙醛，乙 醛得到由酵解生成的NADH中的氢，就转化成乙醇。这个过 程就叫乙醇发酵。这个过程中涉及的酶被统称为酒化酶。在 此也可看出乙醇发酵是在厌氧条件下进行的。
由葡萄糖到乙醇的过程主要分成两个阶段，即糖酵解阶段和 丙酮酸转化为乙醇的阶段。在糖酵解阶段葡萄糖经过转化形 成丙酮酸。
酵母菌在无氧条件下，丙酮酸继续降解，生成乙醇，其反应
过程为，丙酮酸在Mg2+存在情况下，经脱羧酶的催化，脱羧
生成乙醛。乙醛在乙醇脱氢酶及NADH的催化下，还原成乙
醇。
CO2 丙酮酸脱羧酶 焦磷酸硫胺素, Mg2+ 丙酮酸
为了消化有机氮，许多酵母需要维生素（生物素、泛酸、硫 胺素等）。酵母不能同化蛋白质、甜菜碱、嘌呤和乙胺型胺 类等有机氮。肽是氨基酸链，介于氨基酸和蛋白质间，随着
乙醇生产对酵母要求
酵母的种类很多，能发酵产乙醇的菌株也很多，但是能应用 于生产的酵母菌株必须基本符合以下要求，即能快速并完全 将糖分转化为乙醇，有高的比生长速度，有高的耐乙醇能力， 抵抗杂菌能力强，对培养基适应性强，不易变异。对于糖蜜 发酵用酵母，除了以上特性外，还要具备以下性能，即要耐 渗透压能力强，耐酸耐温能力强，对金属特别是Cu2+的耐受 性强，并且产生泡沫要少。
酵母的生长条件
（1） 温度。酵母生存和繁殖的温度范围很宽，但是，其正 常的生活和繁殖温度是29—30℃。在很高或很低的温度下， 酵母的生命活动消弱或停止。酵母发育的最高温度是38℃， 最低为-5℃；在50℃时酵母死亡。
生物质能源利用简介ppt课件
干燥
粉碎
储存 计量
储存 计量
混合
成型
筛分
生物质型煤
生物质 干燥 粉碎 储存 计量
2.2 生物质固硫型煤燃烧特性
1）点火性能 可燃基挥发分比原煤高，进入炉膛后，生物质首先燃烧，使型
煤短时间达到着火点，生物质燃料燃烧后体积收缩，使型煤产生 很多孔道及空袭，形成多孔形球体。 2）燃烧机理
静态渗透式扩散燃烧 燃烧由表面及不断深入到内部，不会发生热解析炭冒烟现象。 3）固硫特性 生物质比煤先燃烧，形成的空隙起到了膨化疏松作用，使固硫 剂CaO颗粒内部不易发生烧结，可使空袭率增加，增大SO2和O2 向CaO颗粒内的扩散作用，提高钙的利用率。 可在较低的Ca/S下，使固硫率达到50%以上。
日本开发，间歇反应器，以He为载气，反应温度为250-400 0C， 催化剂为碱金属的碳酸盐，产油率为50%（采用发酵残渣为原料）。
Na2CO3+H2+2CO----2HCOONa+CO2 2C6H10O5+2HCOONa---2C2H10O4+H2O+CO2+Na2CO3 3）煤与生物质共同液化
可降低煤的液化温度，增加低分子量的戊烷可溶物，生物质与煤 相互作用机理不明。
汽油中可以掺入25%，提高辛烷值。Leabharlann 性质 相对密度（20 0C）
辛烷值 闪点
甲醇的燃料特性
数值
性质
0.80
馏程/0C
100 热值/（kJ/kg）
11 汽化潜热/（kJ/kg）
数值 65 19647 1105
2）甲醇生产工艺 生物质---合成气的制造----合成气净化---甲醇合成---甲醇精馏
两类催化剂： • ZnO-Cr2O3为基础的改良氧化物系统催化剂，反应压力34MPa, 温度
燃料乙醇PPT
3可作为新的燃料替代品 可作为新的燃料替代品
乙醇作为可再生能源,可直接作为液体燃料或者同汽 油混合使用,可减少对不可再生能源-石油的依赖,保障本 国能源的安全。
燃 料 乙 醇 优 点
4 可以减少矿物燃料的应用以及对大气的 污染
乙醇的氧含量高达34.7%,乙醇可以按较甲基叔丁 基醚（MTBE）更少的添加量加入汽油中。汽油中添加 7.7%乙醇,氧含量达到2.7%；如添加10%乙醇,氧含量可 以达到3.5%，所以加入乙醇可帮助汽油完全燃烧,以减 少对大气的污染。使用燃料乙醇取代四乙基铅作为汽油 添加剂,可消除空气中铅的污染；取代MTBE,可避免对地 下水和空气的污染。另外,除了提高汽油的辛烷值和含氧 量，乙醇还能改善汽车尾气的质量,减轻污染。一般当汽 油中的乙醇的添加量不超过15%时,对车辆的行驶性没有 明显影响,但尾气中碳氢化合物、NOx和CO的含量明显 降低。美国汽车/油料（AQIRP）的研究报告表明：使用 含6％乙醇的加州新配方汽油,与常规汽油相比，HC排放 可降低5％,CO排放减少21-28%，NOx 排放减少7-16%, 有毒气体排放降低9-32%。
经济效应
燃料乙醇生产，除了它本身的经济性及对农业、 燃料乙醇生产，除了它本身的经济性及对农业、能源的好 处之外，还有一些明显的关联经济效应。一方面， 处之外，还有一些明显的关联经济效应。一方面，燃料乙 醇有着巨大的环保效应，随着它的推广， 醇有着巨大的环保效应，随着它的推广，可以大量节省大 中城市治理空气污染的费用。 中城市治理空气污染的费用。北京市每年用于治理空气污 染的费用需十几亿元， 染的费用需十几亿元，而现在空气污染的主要来源是汽车 尾气。据环保部门监测，北京市空气污染60 70%是汽车尾 60尾气。据环保部门监测，北京市空气污染60-70%是汽车尾 气造成的。在其它方面投资治理费工、费时、费资金， 气造成的。在其它方面投资治理费工、费时、费资金，尾 气污染重点要在“ 上下功夫，只有这样针对性强， 气污染重点要在“油”上下功夫，只有这样针对性强，效 果才好。 果才好。单乙醇汽油一个措施就可使尾气污染减少三分之 一，而需要的补贴值只有1.5亿元左右。 而需要的补贴值只有1.5亿元左右。 1.5亿元左右
PPT汇报 生物燃料乙醇研究进展简介
01 生物燃料乙醇简介
生物燃料乙醇的优点
从环境保护角度来讲，
用生物燃料替代传统车用燃料，对大气环境而言，首当其冲的贡献就是降低了温室气体 的净排放量。其次，生物燃料使汽车尾气排放的CO、SOx、悬浮颗粒等空气污染物的数 量减少，有利于改善空气质量。生物燃料也可以通过生物降解而消除毒性，因此对土壤 和地下水造成的污染较小。
汇报结束
谢谢观看参考资料： [1]百科、搜狗百科（生物燃料乙醇、甜高粱、糖田宜水,秦世平.中国生物质能产业发展现状及趋势分析[J].农业工程学报,2007(09):276-282. [2]刘瑾,邬建国.生物燃料的发展现状与前景[J].生态学报,2008(04):1339-1353. [3]袁博,冯福应.生物燃料乙醇产业化研究进展[J].河北农业科学,2009,13(04):139-141. [4]张文彬,蔡葆,徐艳丽.我国生物燃料乙醇产业的发展[J].中国糖料,2010(03):58-62+67. [5]俞建良,熊强,张永新,刘劲松,林海龙.燃料乙醇生料发酵技术现状[J].酿酒科技,2019(10):84-90. [6]岳国君,武国庆,郝小明.我国燃料乙醇生产技术的现状与展望[J].化学进展,2007(Z2):1084-1090. [7]刘晓峰,李莉.甘蔗燃料乙醇生产技术研究进展[J].山东食品发酵,2015(04):25-27. [8]韦必钿,何惠欢.糖料作物生产乙醇及糖酒联产的进展[J].甘蔗糖业,2011(03):63-66. [9]柳树海,刘晓峰.木薯非粮燃料乙醇生产技术进展[J].酿酒,2010,37(02):9-11. [10]董平,邵伟,马同庆,齐泮仑.纤维素乙醇生产技术及产业化现状[J].石油化工,2011,40(10):1127-1132.
02 生物燃料乙醇生产流程
生物质能源-燃料乙醇
.
生产酒精的原料
原料種類
作物
糖質原料
甘蔗，甜高梁
澱粉質原料
小麥、玉米
纖維質原料
稻稈、舊報紙
藻類
綠藻、馬尾藻
.
Production capability for Ethanol is about 5.81 million ton in China. Fig: medium and large enterprise spatial distribution
.
我国从2001年开始推广“车 用乙醇汽油”。
.
酒精发酵罐
.
1、罐型
➢ 酒精发酵罐筒体为圆柱形， 低盖和顶盖均为碟形或锥形。
➢ 在酒精发酵过程中，为了回 收二氧化碳气体及其所带出 的部分酒精，发酵罐采用密 闭式顶有人孔，视镜及二氧 化碳回收管。
➢ 进料管接种管压力表和测量 仪表接口管等。
➢ 罐底装有排料口和排污口罐 身上下装有取样口和温度计 接中口对于型发酵罐。
乙酰木聚糖酯酶 Acetylxylan esterase
阿拉伯呋喃糖苷酶 Arabinofuranosidase
H OH
OCH3
H
OCH3
OH
.
纤维素
Cellulose
纤维素酶酵母
纤维素
Cellulose
CHO
H
OCH3
OH
外切葡聚糖酶 Exoglucosidase
纤维二糖水解酶 Cellobiohydrolase
内切葡聚糖酶 Endoglucsidase
纤维二糖酶 Cellobiase
CHO
H OH
OCH3
CHO
H
OCH3
OH
.
生产酒精的原料
原料種類
作物
糖質原料
甘蔗，甜高梁
澱粉質原料
小麥、玉米
纖維質原料
稻稈、舊報紙
藻類
綠藻、馬尾藻
.
Production capability for Ethanol is about 5.81 million ton in China. Fig: medium and large enterprise spatial distribution
.
我国从2001年开始推广“车 用乙醇汽油”。
.
酒精发酵罐
.
1、罐型
➢ 酒精发酵罐筒体为圆柱形， 低盖和顶盖均为碟形或锥形。
➢ 在酒精发酵过程中，为了回 收二氧化碳气体及其所带出 的部分酒精，发酵罐采用密 闭式顶有人孔，视镜及二氧 化碳回收管。
➢ 进料管接种管压力表和测量 仪表接口管等。
➢ 罐底装有排料口和排污口罐 身上下装有取样口和温度计 接中口对于型发酵罐。
乙酰木聚糖酯酶 Acetylxylan esterase
阿拉伯呋喃糖苷酶 Arabinofuranosidase
H OH
OCH3
H
OCH3
OH
.
纤维素
Cellulose
纤维素酶酵母
纤维素
Cellulose
CHO
H
OCH3
OH
外切葡聚糖酶 Exoglucosidase
纤维二糖水解酶 Cellobiohydrolase
内切葡聚糖酶 Endoglucsidase
纤维二糖酶 Cellobiase
CHO
H OH
OCH3
CHO
H
OCH3
OH
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燃料乙醇制备与应用课件
水资源消耗
为了种植生产燃料乙醇的原料，如甘蔗、玉米等，需要占用大量土地，这可能导致土地利用变化和生态破坏。
土地利用变化
提高能效
通过改进生产工艺和设备，提高燃料乙醇生产的能效，减少能源消耗和温室气体排放。
开发可再生能源
利用可再生能源如太阳能、风能等替代传统能源，减少对化石燃料的依赖。
优化种植结构
通过优化种植结构，提高原料作物的产量和品质，降低生产成本和对环境的影响。
该方法利用化石燃料或天然气，通过化学合成产生乙醇，具有生产效率高、技术成熟等优点。
详细描述
该化学合成法采用化石燃料或天然气作为原料，通过一系列化学反应合成乙醇。该方法生产效率高，技术成熟，且可以利用现有的石油化工基础设施。同时，该方法可生产高纯度乙醇，满足不同领域的需求。
THANKS
感谢观看
CHAPTER
燃料乙醇制备与应用的案例分析
06
该方法利用淀粉质或糖质原料，通过酵母发酵产生乙醇，具有原料来源丰富、生产成本低等优点。
该生物发酵法采用廉价的淀粉质或糖质原料，通过酵母发酵转化为乙醇。该方法生产过程简单，设备投资少，且乙醇产量较高。同时，该方法可以利用废弃物作为原料，减少环境污染。
总结词
燃料乙醇制备与应用课件
燃料乙醇概述燃料乙醇的制备技术燃料乙醇的生产流程燃料乙醇的应用现状与前景燃料乙醇的环境影响与可持续发展燃料乙醇制备与应用的案例分析
contents
目录
CHAPTER
燃料乙醇概述
01
燃料乙醇是一种由生物质发酵产生的可再生能源，可以作为燃料替代石油。
燃料乙醇具有高辛烷值、低污染物排放等特点，是一种清洁、高效的能源。
详细描述
总结词
该方法利用动植物油脂或废弃油脂，通过酯交换反应生成生物柴油，具有可再生、环保等优点。
为了种植生产燃料乙醇的原料，如甘蔗、玉米等，需要占用大量土地，这可能导致土地利用变化和生态破坏。
土地利用变化
提高能效
通过改进生产工艺和设备，提高燃料乙醇生产的能效，减少能源消耗和温室气体排放。
开发可再生能源
利用可再生能源如太阳能、风能等替代传统能源，减少对化石燃料的依赖。
优化种植结构
通过优化种植结构，提高原料作物的产量和品质，降低生产成本和对环境的影响。
该方法利用化石燃料或天然气，通过化学合成产生乙醇，具有生产效率高、技术成熟等优点。
详细描述
该化学合成法采用化石燃料或天然气作为原料，通过一系列化学反应合成乙醇。该方法生产效率高，技术成熟，且可以利用现有的石油化工基础设施。同时，该方法可生产高纯度乙醇，满足不同领域的需求。
THANKS
感谢观看
CHAPTER
燃料乙醇制备与应用的案例分析
06
该方法利用淀粉质或糖质原料，通过酵母发酵产生乙醇，具有原料来源丰富、生产成本低等优点。
该生物发酵法采用廉价的淀粉质或糖质原料，通过酵母发酵转化为乙醇。该方法生产过程简单，设备投资少，且乙醇产量较高。同时，该方法可以利用废弃物作为原料，减少环境污染。
总结词
燃料乙醇制备与应用课件
燃料乙醇概述燃料乙醇的制备技术燃料乙醇的生产流程燃料乙醇的应用现状与前景燃料乙醇的环境影响与可持续发展燃料乙醇制备与应用的案例分析
contents
目录
CHAPTER
燃料乙醇概述
01
燃料乙醇是一种由生物质发酵产生的可再生能源，可以作为燃料替代石油。
燃料乙醇具有高辛烷值、低污染物排放等特点，是一种清洁、高效的能源。
详细描述
总结词
该方法利用动植物油脂或废弃油脂，通过酯交换反应生成生物柴油，具有可再生、环保等优点。
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加大对生物能源研究的投入,确保柳枝稷的基础 研究科研经费。
从生态、生理、分子以及生产工艺等多个方面 对柳枝稷进行全面研究。
在全国勘查适宜柳枝稷生长的种植区,并规划生 长带。
加大对生物能源作物宣传,让农民了解能源作物 的发展前景和种植方法。
国家要制定相关政策,扶持生物能源产业的发展。
柳枝稷生产燃料乙醇的另一个问题是怎么把乙醇燃料从精炼厂运 送到燃油站。乙醇具有高度腐蚀性，不能像石油一样通过管道或 油桶运输。这就意味着只能通过卡车运送，必然增加生产成本， 降低能比，因为大型油罐卡车需要消耗石油燃料运送乙醇。
使用柳枝稷提取乙醇燃料的另一个问题是要解决所需的大面积耕 地。
展望
1.75
1.50
1.25
$/gal EtOH
1.00
0.75
0.50
0.25 0.00 Net Stover
稀酸
Dilute Acid Other Variable
热水
气爆
气渗
石灰
Hot Water
AFEX
ARP
Fixed w/o Depreciation
Depreciation
Income Tax
生物降解
乙醇分离
木质素
Lignin
无定形区
Amorphous Region
Crystalline Region
结晶区
预处理的作用
纤维素
Cellulose
Pretreatment
预处理
Hemicellulose
半纤维素
预处理的效果和费用
• 处理效果依方法而异 • 耗能(热水、气爆)，环境污染(稀酸)，周期长(石灰) • 成本高
生产乙醇燃料的原料
原料:
• 陈粮 • 农、林业废弃物，各种含纤维素垃圾 • 能源植物 • 能源草
Miscanthus（大禾草） Switchgrass（柳枝稷） 淀粉类 甜高梁 木薯
效益:
• 中国能源战略发展的需要 • 解决环境污染，变废为宝 • 增加农民收入，解决“三农”问题
能源草
走进生活的生物化学： 生物质能源
浅谈能源草
背景
随着经济的发展,人类对石油天然气等能源的需 求越来越大。近年来国际石油价格直线上涨,促 使发达国家加快了对替代能源的研究。石油进 口量和进口依存度的迅速攀升给我国石油安全 带来了日益严重的影响;我国的石油安全问题也 引起了一些国家的顾虑。利用生物能源作物生 产燃料是一个开创性的理念,国际上对此已进行 了十几年的研究,并筛选出了一系列的优势作物, 比如木本植物杂交白杨,柳树和枫树。但草本植 物柳枝稷的优势尤为突出。
柳枝稷的商业潜力评估
柳枝稷丛种植费用低,易于维护。 成熟稷生长带的生长期可在20年期间不 需要特别维护。 柳枝稷能够提供优质的干性物质材料,每 英亩的产量为12～15 t。 柳枝稷枝叶成熟后,体内主要的营养成分
将回流至根部可以节约肥料
柳枝稷利用的困难
从柳枝稷中提取纤维素的工艺复杂、成本较高。根据植物材料的 种类不通，从中提取的纤维素需要采用不同的酶处理。这类催化 剂与糖类相似，作用于复合碳水化合物，释放出纤维素以及废料 二氧化碳。然而，使用这种酶费用较高，每提取一加仑的乙醇就 要花费20美分。此外，用酵母对纤维素进行发酵的过程中，还需 要不同的酶，这又进一步提高了成本。2019年，植物遗传学家阿 伯特•考希称，以当前的培育生产方法，每加仑纤维素酒精成本为 2.70美元。这仍比汽油便宜，但考希认为成本可以下降到1美元左 右。大幅降低成本的方法之一是开发更便宜的酶，最好能找到寻 找既可以分解纤维素，又可以发酵乙醇的酶。
CHO
H
OCH3
OH
半纤维素
Hemi-
cellulose
CHO
CHO
内切木聚糖酶 endoxylanase
木糖苷酶 Xylosidase
乙酰木聚糖酯酶 Acetylxylan esterase
阿拉伯呋喃糖苷酶 Arabinofuranosidase
H
OCH3
OH
H
OCH3
OH
纤维素
Cellulose
Cellulose Fiber
纤维束
•半纤维素 •木质素 •果胶质 •其他多聚糖
•Hemicellulose •Lignin •Pectin •Other polysaccharides
The Path from Cellulose to Ethanol 从秸杆到乙醇燃料
秸杆或其他原料
酶制剂
组分分离预处理
生物质的主要成分
木质素
Lignin Other 20% 5%
Hemicellulose
30%
纤维素
Cellulose 45%
(glucose polymer)
(xylose/arabinose polymer)
半纤维素
生物质的主要成分(%)
Feedstock 原料
Cellulose 纤维素
Agricultural
繁殖方法
S1：选择适 宜生长发育 阶段的茎节 组织
S3：丛生芽 块生长点的 人工处理
S5：丛生芽 生根培养
S2：诱导初 生再生芽
S4：丛生 芽的大量 诱导
谢谢！
锰过氧化物酶
Lignin perioxidase
Manganese
peroxidase 乙二醛氧化酶 Glyoxal oxidase 漆酶 Laccase
CHO
H
OCH3
OH
CHO
CHO
H
OCH3
OH
H
OCH3
OH
纤维素
Cellulose
半纤维素 Hemicellulose
半纤维素酶酵母
纤维素
Cellulose
Provinces for Ethanol production by use of Sorghum bicolor in China
生物质原料的结构
• 纤维素呈结晶状拧合成纤维束 • 半纤维素和其他多聚糖缠绕着纤维束 • 木质素像胶水一样覆盖和凝合着各种物质 • 水解酶或其他化学物质很难渗透到纤维素表面
OH
五碳糖代谢酵母
CHO
H
OCH3
OH
CHO
H
OCH3
OH
木糖还原 酶 Xylose Reductase
木糖醇脱氢酶
Xylitol Dehydrogenase
木酮糖激酶 Xylulokinase
HH || H-C-C-OH || HH
乙醇燃料电池
日本TOSHIBA 公司研制出甲醇 燃料电池，可使 笔记本电脑连续 工作5小时。美 国研制出乙醇燃 料电池，效率高 出其32倍。
纤维素
葡聚糖
纤维二糖
葡萄糖
燃料乙醇生产新构想
基因维素 纤维素 有机酸
纤维素酶 酵母
纤维素 单糖 有机酸
燃料乙醇
酒精发酵 酵母
单糖 有机酸
乙醇混合物
木质素水解酶酵母
木质素
纤维素
Lignin Cellulose
半纤维素 Hemicellulose
木质素过氧化物酶
指两年或多年生草本或半灌木，包括甜 高粱、柳枝稷、芒属作物等高大草本都 是理想的能源草。
多为耐旱、耐盐碱、耐瘠薄、适应性强 的草种，种植和管理简单，在干旱、半 干旱地区、低洼易涝和盐碱地区、土壤 贫瘠的山区和半山区均可种植。
柳枝稷的生态多样性
与开放授粉生殖方式相关联的遗传多样性; 快速生长的深根体系; 高效的生理代谢系统。
Lime Return on Capital
纤维素水解
• 纤维素水解由纤维素酶系完成
β -glucoside
• 纤维素酶系含至少三种酶，内切葡聚 糖酶，纤维二糖水解酶和纤维二糖酶
• 此法成本很高，纤维素酶占总成本的
36-45%
• 效率常低
产物反馈抑制 受预处理影响
外切葡聚糖酶 内切葡聚糖酶 纤维二糖水解酶 纤维二糖酶
我国从2019年开始推广“车 用乙醇汽油”。
传统燃料乙醇的生产过程
生物质乙醇工艺
传统成熟工艺---采用糖类，粮食类作物发酵 法制备乙醇，60%价格 ---成本
传统经济项目的评价: 成本为汽油的1.5-2倍左右，$6-12/GJ. 原料:蔗糖，木薯，甜菜，甜高粱，玉米， 小麦，稻谷等。
非粮食类生物质酶水解乙醇经济预测
茎和种子繁殖，根深，株高l~2米。 分布地区: 美国大平原及东部大部
分地区的土生种。
习性特点: 耐旱，耐排水不良的土 壤。
繁殖方法: 种子
植物形态
a hardy, deep-rooted,perennial rhizomatous grass grow in late spring. up to 2.7 m high, typically shorter than big bluestem grass or Indiangrass. The leaves 30–90 cm long, with a prominent midrib. uses C4 carbon fixation. Its flowers have a well-developed panicle, up to 60 cm long, and bears a good crop of seeds. The seeds are 3–6 mm long and up to1.5 mm wide,and are developed from a single-flowered spikelet. When ripe, the seeds take on a pink or dull-purple tinge, and turn golden brown with the foliage of the plant in the fall. Switchgrass is a self-seeding crop, grow on marginal lands and requires relatively modest level so chemical fertilizer considered a resourceefficient, low-input crop for producing bioenergy from farmland.
从生态、生理、分子以及生产工艺等多个方面 对柳枝稷进行全面研究。
在全国勘查适宜柳枝稷生长的种植区,并规划生 长带。
加大对生物能源作物宣传,让农民了解能源作物 的发展前景和种植方法。
国家要制定相关政策,扶持生物能源产业的发展。
柳枝稷生产燃料乙醇的另一个问题是怎么把乙醇燃料从精炼厂运 送到燃油站。乙醇具有高度腐蚀性，不能像石油一样通过管道或 油桶运输。这就意味着只能通过卡车运送，必然增加生产成本， 降低能比，因为大型油罐卡车需要消耗石油燃料运送乙醇。
使用柳枝稷提取乙醇燃料的另一个问题是要解决所需的大面积耕 地。
展望
1.75
1.50
1.25
$/gal EtOH
1.00
0.75
0.50
0.25 0.00 Net Stover
稀酸
Dilute Acid Other Variable
热水
气爆
气渗
石灰
Hot Water
AFEX
ARP
Fixed w/o Depreciation
Depreciation
Income Tax
生物降解
乙醇分离
木质素
Lignin
无定形区
Amorphous Region
Crystalline Region
结晶区
预处理的作用
纤维素
Cellulose
Pretreatment
预处理
Hemicellulose
半纤维素
预处理的效果和费用
• 处理效果依方法而异 • 耗能(热水、气爆)，环境污染(稀酸)，周期长(石灰) • 成本高
生产乙醇燃料的原料
原料:
• 陈粮 • 农、林业废弃物，各种含纤维素垃圾 • 能源植物 • 能源草
Miscanthus（大禾草） Switchgrass（柳枝稷） 淀粉类 甜高梁 木薯
效益:
• 中国能源战略发展的需要 • 解决环境污染，变废为宝 • 增加农民收入，解决“三农”问题
能源草
走进生活的生物化学： 生物质能源
浅谈能源草
背景
随着经济的发展,人类对石油天然气等能源的需 求越来越大。近年来国际石油价格直线上涨,促 使发达国家加快了对替代能源的研究。石油进 口量和进口依存度的迅速攀升给我国石油安全 带来了日益严重的影响;我国的石油安全问题也 引起了一些国家的顾虑。利用生物能源作物生 产燃料是一个开创性的理念,国际上对此已进行 了十几年的研究,并筛选出了一系列的优势作物, 比如木本植物杂交白杨,柳树和枫树。但草本植 物柳枝稷的优势尤为突出。
柳枝稷的商业潜力评估
柳枝稷丛种植费用低,易于维护。 成熟稷生长带的生长期可在20年期间不 需要特别维护。 柳枝稷能够提供优质的干性物质材料,每 英亩的产量为12～15 t。 柳枝稷枝叶成熟后,体内主要的营养成分
将回流至根部可以节约肥料
柳枝稷利用的困难
从柳枝稷中提取纤维素的工艺复杂、成本较高。根据植物材料的 种类不通，从中提取的纤维素需要采用不同的酶处理。这类催化 剂与糖类相似，作用于复合碳水化合物，释放出纤维素以及废料 二氧化碳。然而，使用这种酶费用较高，每提取一加仑的乙醇就 要花费20美分。此外，用酵母对纤维素进行发酵的过程中，还需 要不同的酶，这又进一步提高了成本。2019年，植物遗传学家阿 伯特•考希称，以当前的培育生产方法，每加仑纤维素酒精成本为 2.70美元。这仍比汽油便宜，但考希认为成本可以下降到1美元左 右。大幅降低成本的方法之一是开发更便宜的酶，最好能找到寻 找既可以分解纤维素，又可以发酵乙醇的酶。
CHO
H
OCH3
OH
半纤维素
Hemi-
cellulose
CHO
CHO
内切木聚糖酶 endoxylanase
木糖苷酶 Xylosidase
乙酰木聚糖酯酶 Acetylxylan esterase
阿拉伯呋喃糖苷酶 Arabinofuranosidase
H
OCH3
OH
H
OCH3
OH
纤维素
Cellulose
Cellulose Fiber
纤维束
•半纤维素 •木质素 •果胶质 •其他多聚糖
•Hemicellulose •Lignin •Pectin •Other polysaccharides
The Path from Cellulose to Ethanol 从秸杆到乙醇燃料
秸杆或其他原料
酶制剂
组分分离预处理
生物质的主要成分
木质素
Lignin Other 20% 5%
Hemicellulose
30%
纤维素
Cellulose 45%
(glucose polymer)
(xylose/arabinose polymer)
半纤维素
生物质的主要成分(%)
Feedstock 原料
Cellulose 纤维素
Agricultural
繁殖方法
S1：选择适 宜生长发育 阶段的茎节 组织
S3：丛生芽 块生长点的 人工处理
S5：丛生芽 生根培养
S2：诱导初 生再生芽
S4：丛生 芽的大量 诱导
谢谢！
锰过氧化物酶
Lignin perioxidase
Manganese
peroxidase 乙二醛氧化酶 Glyoxal oxidase 漆酶 Laccase
CHO
H
OCH3
OH
CHO
CHO
H
OCH3
OH
H
OCH3
OH
纤维素
Cellulose
半纤维素 Hemicellulose
半纤维素酶酵母
纤维素
Cellulose
Provinces for Ethanol production by use of Sorghum bicolor in China
生物质原料的结构
• 纤维素呈结晶状拧合成纤维束 • 半纤维素和其他多聚糖缠绕着纤维束 • 木质素像胶水一样覆盖和凝合着各种物质 • 水解酶或其他化学物质很难渗透到纤维素表面
OH
五碳糖代谢酵母
CHO
H
OCH3
OH
CHO
H
OCH3
OH
木糖还原 酶 Xylose Reductase
木糖醇脱氢酶
Xylitol Dehydrogenase
木酮糖激酶 Xylulokinase
HH || H-C-C-OH || HH
乙醇燃料电池
日本TOSHIBA 公司研制出甲醇 燃料电池，可使 笔记本电脑连续 工作5小时。美 国研制出乙醇燃 料电池，效率高 出其32倍。
纤维素
葡聚糖
纤维二糖
葡萄糖
燃料乙醇生产新构想
基因维素 纤维素 有机酸
纤维素酶 酵母
纤维素 单糖 有机酸
燃料乙醇
酒精发酵 酵母
单糖 有机酸
乙醇混合物
木质素水解酶酵母
木质素
纤维素
Lignin Cellulose
半纤维素 Hemicellulose
木质素过氧化物酶
指两年或多年生草本或半灌木，包括甜 高粱、柳枝稷、芒属作物等高大草本都 是理想的能源草。
多为耐旱、耐盐碱、耐瘠薄、适应性强 的草种，种植和管理简单，在干旱、半 干旱地区、低洼易涝和盐碱地区、土壤 贫瘠的山区和半山区均可种植。
柳枝稷的生态多样性
与开放授粉生殖方式相关联的遗传多样性; 快速生长的深根体系; 高效的生理代谢系统。
Lime Return on Capital
纤维素水解
• 纤维素水解由纤维素酶系完成
β -glucoside
• 纤维素酶系含至少三种酶，内切葡聚 糖酶，纤维二糖水解酶和纤维二糖酶
• 此法成本很高，纤维素酶占总成本的
36-45%
• 效率常低
产物反馈抑制 受预处理影响
外切葡聚糖酶 内切葡聚糖酶 纤维二糖水解酶 纤维二糖酶
我国从2019年开始推广“车 用乙醇汽油”。
传统燃料乙醇的生产过程
生物质乙醇工艺
传统成熟工艺---采用糖类，粮食类作物发酵 法制备乙醇，60%价格 ---成本
传统经济项目的评价: 成本为汽油的1.5-2倍左右，$6-12/GJ. 原料:蔗糖，木薯，甜菜，甜高粱，玉米， 小麦，稻谷等。
非粮食类生物质酶水解乙醇经济预测
茎和种子繁殖，根深，株高l~2米。 分布地区: 美国大平原及东部大部
分地区的土生种。
习性特点: 耐旱，耐排水不良的土 壤。
繁殖方法: 种子
植物形态
a hardy, deep-rooted,perennial rhizomatous grass grow in late spring. up to 2.7 m high, typically shorter than big bluestem grass or Indiangrass. The leaves 30–90 cm long, with a prominent midrib. uses C4 carbon fixation. Its flowers have a well-developed panicle, up to 60 cm long, and bears a good crop of seeds. The seeds are 3–6 mm long and up to1.5 mm wide,and are developed from a single-flowered spikelet. When ripe, the seeds take on a pink or dull-purple tinge, and turn golden brown with the foliage of the plant in the fall. Switchgrass is a self-seeding crop, grow on marginal lands and requires relatively modest level so chemical fertilizer considered a resourceefficient, low-input crop for producing bioenergy from farmland.