生物乙醇燃料..

纤维素乙醇生产工艺
纤 维 质 原 料 生 产 乙 醇 工 艺
纤维素水解发酵工艺
主要内容
生物质合成气发酵工艺
纤维素乙醇生产工艺

纤维素原料（主成分：纤维素、半纤维素、木质素 ）技术难点： 预处理（去除阻碍水解和发酵的物质）： 最有工业化价值的预处理方法是酸法和蒸汽爆破法 。 水解（进一步转化为乙醇发酵的糖源 ）： 最有工业化价值的水解方法是酸法和酶法 。 酶法是理论上最有发展前途的方法，但目前尚未找到能 够直接作用于木质纤维素超分子结构的酶种，因而往往 与其它方法配合使用。 发酵：工艺基本与淀粉质和糖类原料相同 。
发酵

发酵方式： 1、分步水解发酵工艺（SHF） 2、同步糖化发酵工艺（SSF） 3、固定化微生物水解发酵法（CBP）
分步水解发酵工艺（SHF）

这一工艺过程是传统的生物乙醇的制备工艺 ,流程简单 。 其特点是纤维素的水解和水解产物的发酵过程是在不同 的反应器内进行的 。这样 , 工艺的反应条件互不影响 ,均 可实现最佳的工艺条件 。但是 ,由于水解产物葡萄糖等对 纤维素酶的活性有抑制作用 ,水解效果也不甚理想 。
成本高

预处理
预处理的主要目的是降低纤维素的 分子物质，打开其密集的晶状结构， 以利于进一步的分解和转化。预处 理过程中，半纤维素通常直接被水 解成了各种单糖（如木糖，阿拉伯 糖等），剩下的不溶物质主要是纤 维素和木质素。
预处理原因

纤维素分子是由葡萄糖苷通过β-1，4糖苷键联接起来的 链状高分子。纤维素的结晶区域是由纤维素分子整齐规 则地折叠排列而成的。在结晶区域里，葡萄糖分子的羟 基与分子内部或与分子外部的氢离子相结合，没有游离 的羟基存在，所以纤维素分子具有牢固的结晶构造，酶 分子及水分子难以侵入内部。因此，纤维素的结晶部分 比无定形部分难降解。 由于木质素、半纤维素对水解的保护作用, 以及纤维素本 身的结晶结构使得天然的木质纤维素直接进行酶水解的 程度很低, 一般只有 10 %-20 %。为了提高纤维素的水解 率, 必须对木质纤维素原料进行预处理, 脱去木质素和半 纤维素, 从而提高水解效率。
优点是：①在常温下进行，过程能耗较低；②酶的选择 性高，糖产率高，可大于95％；③提纯过程简单，无污 染。 缺点是：①所需时间长，一般需要几天；②酶的成产 成本高，水解原料须经预处理。可以看出酶水解有着较 多的优点，但要实现大规模应用，必须极大地降低酶的 生产成本。所以，目前还没有得到较大地推广。

原理：纤维素酶不是单一物质，其主要成分为 内切葡萄糖酶、外切葡萄糖酶和β一葡萄糖苷酶。 其中内切葡萄糖酶的作用是随机地切割β一1，4 葡萄糖苷键，使纤维素长键断裂；外切葡萄糖酶 的作用是从纤维素长 链的还原端切割下葡萄糖和 纤维素二糖；β一葡萄糖苷酶的作用是把纤维二 糖和短链低聚糖分解成葡萄糖。



生物乙醇的分类

第一代生物乙醇：利用粮食，比如，在美国是用玉米，在巴西用甘 蔗等等生产乙醇等生物能源。
纤维素乙醇

第二代生物乙醇：利用非粮食生物质生产乙醇。（cellulosic ethanol） [ 来源：秸秆，稻壳，树木枝叶，甘蔗渣] 第三代生物乙醇：利用藻类（如海藻或者淡水藻类)，通过对藻类进 行养殖，等长成之后进行收获，收获之后要晒干，然后通过酵母菌 发酵生产乙醇。 第四代生物乙醇：第四代生物能源技术目前是一个创新，它是通过 对藻类进行改造而生产乙醇。例如，对蓝藻进行改造，使其通过光 合作用吸收二氧化碳，直接生产乙醇以及副产品和氧气。
纤维素乙醇
Baidu Nhomakorabea
Contents
目录
01
02 03 04
生物乙醇的概念
生物乙醇的分类
纤维素乙醇生产工艺
国内纤维素乙醇现状
生物乙醇

生物乙醇是以生物质为原料，通过微生物发酵而生产的 一种可再生能源 。 在能源问题成为全球关注的焦点 这一背景下，生物乙醇 已经被视为替代和节约汽油的最佳燃料，其高效的转换 技术和洁净利用日益受到全世界的重视，已经被广泛认 为是21世纪发展循环经济的有效途径。



3、物理化学方法：蒸汽爆破法、CO2 爆破法、氨纤维爆 破法
4生物法：采用分解木质素的微生物降解木质素, 从而提 高纤维素和半纤维素的酶解糖化率。

水解
纤维素制燃料乙醇的难点在于纤维素的 水解，目前已有的水解方法包括浓酸水 解法、稀酸水解法和酶水解法。
酶水解

酶水解始于20世纪50年代的生化反应，是较新的 生物质水解技术。它主要利用纤维素酶对生物质 的纤维素进行水解进而发酵生成乙醇。
同步糖化发酵工艺（SSF）

在酶水解糖化纤维素的同一容器中加入产生乙醇的纤维 素发酵菌，使糖化产生的葡萄糖和纤维二糖转化为乙醇。 纤维素的酶水解糖化和发酵过程在同一装置内连续进行， 消除了底物葡萄糖浓度的增加对纤维素酶的反馈抑制作 用。但SSF法也存在一些抑制因素，如木糖的抑制作用、 糖化温度与发酵温度不协调等。消除木糖抑制的方法是 利用能转化木糖为乙醇的菌株，如假丝酵母、管囊酵母 等。研究较多的是利用葡萄糖与木糖的菌株混合发酵， 与单纯的葡萄糖发酵菌和单纯的木糖发酵菌相比，混合 发酵乙醇的产量分别提高30％一38％和l0％一30％。 SSF法与SHF法相比，虽SHF法乙醇的产率高，但SSF法 耗时短，燃料乙醇的产量高。SSF法有连续或半连续工艺， 半连续的SSF法可减少酶的用量。后来由同步糖化发酵法 衍生出了同步糖化共发酵（SSCF）。

纤维素乙醇产业化亟待解决的关键技术

目前，许多国家虽然建造了纤维质原料的燃料乙醇示范 性工厂，但其生产成本相对于汽油和粮食乙醇来说仍无 法竞争，其产业化人存在很大的问题。总结起来，利用 生物技术转化生物质植物纤维资源主要面临4个技术难点。 1． 生物质原料分布分散 2． 生物质原料需进行复杂的预处理 3．降低纤维素酶的生产成本，提高酶解效率

预处理方法

木质纤维素的预处理方法大致可分为物理法、化学法、 物理化学法以及生物法。 1、物理法：常见的物理方法包括机械破碎法、 高温热水 法等。一般物理法对环境污染较小, 且过程较为简单, 但 物理法处理需要较高的能量和动力, 因此会增加生产成本。 2、化学法：化学法主要是指以酸、碱、有机溶剂作为物 料的预处理剂, 破坏纤维素的晶体结构, 打破木质素与纤 维素的连接, 同时使半纤维素溶解。