乙醇技术突破——康泰斯纤维素乙醇技术
纤维素生物乙醇生产关键技术
纤维素生物酒精生产关键技术简要分析李 明 姚 珺 翁 伟 吴 彬 吴 畏湖南农业大学工学院摘 要：全球气候变暖和自然资源的枯竭，纤维素生物酒精研究是热点之一。
纤维素生物质作为生产生物酒 精的原料，转化技术难度大，尚不成熟。
该文主要对纤维素生物质生物酒精生产过程进行了分析， 提出有待解决的问题，并讨论关键技术。
得出生物质机械化收集方式能有效保证生物质原料的数量 和减少原料成本；通过基因工程途径构建生产纤维素酶提高酶适应性和活性，加快水解效率和增强 耐热性能；开发节能精馏装置和注重转化后废物利用。
农业工程、生物化学、基因工程等多学科的 综合发展将实现纤维素生物酒精工业化。
关键词：生物能源，生物酒精，生物质，纤维素，生产过程 0 引 言 由于温室气温排放导致全球气温变暖，自然石化资源短缺，生物能源成为世界上研究热点。
中国是世界上消耗石油第二的国家，大约占全世界总量的6%[1]。
国际能源中心（IEA）估计中国到2030年每天消耗1.4×107桶汽油；随着汽车工业的发展和普及，2020年，汽车的使用量从2004年大约2.4×107台增加到90-140×107台，运输所需的能源从现在比例约33%发展到57%左右，每天的所需量从目前的1.6×107桶到5.0×107桶。
因此，到2030年，温室排放气体将增长至7.14Gt/年[2]。
对石油的需求导致中国更加依赖进口石油，2030年，75%的石油将依靠进口[2]。
因此，中国面临能源需求、国家能源安全和环境污染的挑战。
中国作为发展中发展最快，世界上人口最多的国家，在经济快速发展和国际地位大幅提升的基础，应该发挥其主导作用，制定研究政策和目标，开发利用可持续“中性碳”能源，其中包括生物酒精的生产和使用[3]。
纤维素生物质转化成生物酒精是世界上生物能源发展的热点研究之一[4-8]。
纤维素生物质主要包括农业残渣（水稻、玉米等秸秆）、森林残渣（树枝、锯末）、废弃物（废纸）、草本植物（芦竹）和木质植物（麻疯树、杨树），资源非常丰富，中国仅秸秆一年约有8.4 亿吨[9]，林木废弃物约2亿吨[10]；到2030年，每年农作物残渣量达5.53EJ；森林残渣达0.9EJ（3/4来自木材加工，1/4来自森林残枝残叶）；加上生物质能源种植（每公顷平均产量15吨干，10%的土地可以作为种植面积[10]），统计计算，每年可以提供约23EJ的能源，相当于6000亿升的石油。
新能源技术突破——康泰斯纤维素乙醇技术
新能源与生物能源技术突破——康泰斯纤维素乙醇技术关键字：纤维素乙醇，生物乙醇，乙醇，新能源，康泰斯，生物能源康泰斯纤维素乙醇技术是新能源与生物能源技术的新突破，给传统的乙醇和生物乙醇技术注入了新的活力。
纤维素生物质是由纤维素（30-50%），半纤维素（20-40%），和木质素（15-30%）组成的复杂材料。
纤维质生物质中的糖以纤维素和半纤维素的形式存在。
纤维素中的六碳糖和和玉米淀粉中含有的葡萄糖一样，可以用传统的酵母发酵成乙醇。
而半纤维素中含有的糖主要为五碳糖，传统的酵母无法经济地将其转化为乙醇每一种植物的确切成分都不尽相同。
纤维素存在于几乎所有的植物生命体中，是地球上最丰富的分子。
一直以来，将纤维质生物质转化成乙醇是科学家们面对的巨大挑战。
酸、高温等苛刻的条件都曾经被用来尝试将纤维素分子打断、水解成单一的糖。
随着石油资源的逐渐枯竭和环境的日益恶化，大力推广使用可再生能源技术已成为许多国家能源发展战略的重要组成部分，以减少对化石能源的依赖和温室气体的排放。
纤维素乙醇技术，是一种高端的清洁能源技术，因为它可以被用来替代传统的粮食乙醇技术，利用地球上广泛存在的纤维素质生物原料生产清洁的乙醇燃料，被寄予了很高的期望。
作为纤维素乙醇领域研发的领头羊之一，M&G (Gruppo Mossi and Ghisolfi)集团在过去几年中，对包括生物质原材料的收集和运输，能源作物的选择和种植、预处理，水解或酶解，混合糖的发酵等纤维素乙醇生产的各主要技术环节进行了广泛而且深入的研究，取得了巨大的进展，已经开发了专有的一体化纤维素乙醇生产技术PROESATM，并于去年开始在欧洲建设年产四万吨的纤维素制乙醇的工业化示范装置。
与其它现有和正在开发中的工艺相比，M&G技术的独特的预处理工艺和酶解工艺，可以显著降低投资和生产成本，同时可以适用包括农业废弃物、林业废弃物、糖业废弃物以及能源作物等等来源广泛的多种生物质原料，应用地域没有限制，具有非常好的经济性和地域适应性。
纤维素乙醇生产技术的技术风险、环保风险和经营风险
纤维素乙醇生产技术的技术风险、环保风险和经营风险
1. 原料选择和处理：生产纤维素乙醇需要大量的生物质原料，包括秸秆、木材、甘蔗渣等，如何选择和处理原料是影响纤维素乙醇产量和质量的关键因素。
2. 发酵过程：纤维素乙醇的生产需要通过微生物发酵，不同的微生物对生产效率和酒精含量有重要影响，如何选择和调控微生物的生长条件是技术难点。
3. 能源消耗：纤维素乙醇的生产需要大量的能源供应，如何降低生产过程中的能源消耗是一个重要的经济和环境问题。
纤维素乙醇生产的环保风险主要包括以下几个方面：
1. 水资源：纤维素乙醇生产的过程中需要大量的清洗、冷却和蒸发水，对当地水资源的压力比较大，如何合理利用和回收水资源是环保问题亟需解决的。
2. 气体排放：纤维素乙醇生产过程中会产生大量的二氧化碳和其他有害气体的排放，对大气环境和附近居民的健康造成影响，如何减少排放量是环保问题的重要方面。
3. 废物处理：纤维素乙醇生产过程中会产生大量的废物，在经济效益和环保之间需要平衡，如何合理利用和处理废物是环保问题亟待解决的。
纤维素乙醇生产的经营风险主要包括以下几个方面：
1. 市场需求：纤维素乙醇是新兴的生物能源产业，市场需求和价格不够稳定，需要与政策和技术不断调整和适应。
2. 产品质量：纤维素乙醇的产量和质量与生产技术的稳定性和成熟度密切相关，产品质量一旦出现问题会对生产企业的信誉和经济效益造成严重影响。
3. 资金投入：纤维素乙醇生产需要大量的资金投入，如何平衡生产和经济效益是企业面临的挑战。
纤维素乙醇酶解工艺流程项目技术的环保风险
纤维素乙醇酶解工艺流程项目技术的环保风险纤维素乙醇是一种可再生的生物燃料，其制备过程主要包括纤维素的酶解和发酵。
纤维素酶解工艺是将纤维素水解为糖分，再经过发酵转化为乙醇。
该工艺具有很多环保风险与挑战，在项目实施过程中需要采取一系列措施来降低其环境影响。
首先，纤维素酶解工艺生产乙醇的过程中会产生大量的废水。
这些废水含有酶剂、糖、酒精和其他有机物。
废水中的酶剂和有机物对水体的生物多样性和生态系统产生负面影响，可能引起水体富营养化，导致水中氧气的缺氧。
因此，在项目中需要建立废水处理系统，有效去除有机物和酶剂，确保废水的排放符合环保标准。
其次，纤维素酶解生产过程中还会产生大量的废弃物，如纤维素的残渣和废酒精。
这些废弃物需要进行处理和处置，以防止对土壤和环境造成污染。
废弃物处理应遵循相关的环保法规，采用有效的处理方法，如焚烧、堆肥或资源化利用等。
另外，纤维素酶解过程中使用的酶剂也会对环境产生潜在的风险。
一些常用的酶剂对水体中生物有毒性，在酶解工艺中可能会释放到废水中。
因此，在工艺设计和生产实施中应该选择环境友好型的酶剂，减少对环境的不良影响。
此外，在可持续发展的理念下，纤维素乙醇的生产过程应考虑能源利用和二氧化碳排放的问题。
传统的纤维素酶解工艺使用大量的能源和水资源，同时也会产生大量的二氧化碳。
为了降低环境风险，可以采取节能降耗的措施，如优化工艺参数，提高酶的利用效率、重复使用废水和净化废弃物来节约资源。
最后，项目实施过程中需要遵守当地的环保法规和标准，确保纤维素乙醇生产过程不对环境造成不可逆转的损害。
此外，还应根据具体情况进行环境影响评估，制定相应的应急预案和环保监测措施，及时发现和解决潜在的环境风险。
综上所述，纤维素乙醇的酶解工艺流程项目在环保方面存在一定的风险，主要包括废水处理、废弃物处理、酶剂的选择和能源利用等方面。
为了降低环境风险，项目实施过程中应采取有效的措施，并遵守相关法规和标准，确保生产过程对环境的影响最小化。
纤维素发酵制酒精研究进展
吉林化工学院生物与食品工程学院文献综述以纤维素为原料生产燃料乙醇学生学号：学生姓名：朱晨阳专业班级：生物技术1101指导教师: 葛雅琨吉林化工学院Jilin Institute of Chemical Technology摘要：介绍了纤维素的基本特征，重点阐述了纤维素发酵生产酒精工艺中的发酵工艺的技术特点，综述了美国、加拿大、日本、瑞典、巴西、中国在利用纤维素原料生产乙醇方面的发展现状，并且对纤维素发酵生产酒精的前景进行了展望。
关键词:纤维素；酒精；水解；发酵1引言酒精被誉为可再生绿色能源燃料，由于其燃烧污染小、容易运输和贮藏，在价格上酒精也可与汽油相竞争。
因此，酒精成为最有可能取代石油的新能源,具有巨大的开发前景［1].目前生产燃料酒精是以玉米为原料，但原料成本占总成本的70％~80％.纤维素是地球上最丰富、最廉价可再生资源。
据资料表明，植物通过光合作用使光能以生物能形式固定下来，其生成量每年高达50×109t干物质,这些能量相当于目前为止世界能耗总量的10倍,且这些生物能年复一年通过自然界物质循环生成，是永远不会枯竭可再生资源。
它们主要来源于农业废弃物，如麦草、玉米秸秆、甘蔗渣等;工业废弃物，如制浆和造纸厂的纤维渣、锯末等；林业废弃物;城市废弃物，如废纸、包装纸等。
这些资源中有大部分是以纤维素、半纤维素形式存在,因此研究开发纤维素转化技术，将秸秆、蔗渣、废纸、垃圾纤维等纤维素类物质高效转化为糖，进一步发酵成酒精，对开发新能源，保护环境，具有非常重要现实意义［2～4]。
2 国内外研究现状2。
1 国内研究现状中国科学院早在1980年就在广州召开了“全国纤维素化学学术会议”，把开发利用纤维素资源作为动力燃料提上了议事日程。
我国在“十五"规划中制定了发展燃料乙醇的规划，规划中分三步走，其中的第三步就是利用植物秸秆、稻壳等纤维素生产燃料乙醇，并全面推广。
《变性燃料乙醇及车用乙醇汽油“十一五”发展专项规划》专门对代表燃料乙醇发展方向的纤维素燃料乙醇技术做出规划，“十一五”期间要投入几十亿元财政资金扶持纤维素乙醇工业化生产的发展，并在税费方面实行减免.2006年9月，河南天冠年产3000t的纤维乙醇项目在河南镇平县奠基,天冠称这是国内首条千吨级纤维乙醇产业化试验生产线。
康泰斯公司纤维素乙醇技术
PROESA纤维素乙醇技术――生物能源的重大突破康泰斯建设世界最大规模的纤维素乙醇工业示范装置随着石油资源的逐渐枯竭和环境的日益恶化，大力推广使用可再生能源技术已成为许多国家能源发展战略的重要组成部分，以减少对化石能源的依赖和温室气体的排放。
生物乙醇是一种可再生的能源，燃烧过程所排放的CO2和含硫化合物均低于汽油燃烧所排放的CO2和含硫化合物，而且乙醇燃烧产生的CO2和作为原料的生物生长所消耗的CO2在数量上基本持平，这对减少大气污染和抑止“温室效应”意义重大。
乙醇汽油燃烧比普通汽油更完全，汽车尾气中CO2含量可降低30%左右，燃料乙醇也因此被称为“清洁燃料”，而推广使用乙醇汽油已经成为世界各国减小对化石燃料依赖和温室气体排放的重要举措。
美国在20多年前即推广车用乙醇汽油，2008年，乙醇产量达到90亿加仑，是世界上最大的燃料乙醇生产和消费国。
美国发展灵活燃料汽车（FFV）和中至高含量乙醇汽油调合基础设施，截至2009年2月中旬，已有700万辆燃用乙醇汽油的汽车在美国上路；巴西自1975年开始实施“乙醇替代计划”，目前已使温室气体排放量减少了20%，巴西是世界上第二大的燃料乙醇生产和消费国，也是唯一不使用纯汽油作为汽车燃料的国家，2008年乙醇生产量为64亿加仑。
日本和欧盟也一直在积极发展车用乙醇汽油。
由于原油进口的依存度逐年上升。
环境问题日益严重，中国政府也非常清楚地认识到，生物乙醇是一种可再生资源，使用车用乙醇汽油代替部分汽油，有利于环境改善、并且可有效解决农产品的转化、促进农业生产的良性循环境，其意义重大。
因此《国民经济和社会发展第十一个五年计划纲要》中提出，要开发燃料乙醇等石油替代品。
“十五”期间即批准在吉林、河南及安徽等省分别建设年产数十万吨乙醇项目，作为国家新兴能源试点示范的重点工程，已取得了良好的社会效益。
根据2007年制订的《可再生能源中长期发展规划》，到2010年，中国的燃料乙醇年利用量为200万吨，到2020年，生物燃料乙醇年利用量将达到1000万吨。
康泰斯“酿酒”秘方
Ｃｅｃｎｉ ， ｒｓｅｔ ｏ 将使用 当地的主要农业废弃物（ ｎ 麦草 ） 和
一
据了解 ， ０ ７ 康泰斯针对纤维素乙醇的技术 ２ ０ 年， 开发专 门建立 了一个实验室 ，这个研发 中心有 ５ 多 ０ 个科学家和工程师 。 在研发方面 ， 康泰斯已投入近两 亿美元 。 在研发初始阶段 ，根据几十年的工业装置 的设 计、 建设和运行经验 ， 康泰斯就已经考虑到 日后的工 程化。“ 我们发现 ，过去围绕纤维素转化以及生产乙 醇所做 的大量研发工作忽略了工程化的需要 ， 而工程 化的技术是产业大规模发展的前提。 何翌说 。 我们 ” “ 的 目的是为 了商业化而研究 ，所 以研发的每个阶段 ，
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Ｗ 自 ｌ Ａ／ ） 。ｋ ｖ ｇｆ１ １
燃烧的乙醇
泰斯一开始就定位在要研发可工程化的一整套工艺过 程技术 。 而这被何翌看作是康泰斯 区别于其他纤维素
乙醇技 术 研究 者 的关键 。
包 的开发， 并从 ２ １ 年开始设计 、 ００ 建设每年生产 ４ 万 吨纤维 素乙醇 的示 范装 置 ，该装 置位 于意大利 的
技术 的每个 环节 ，都 和 工程 化 紧密结 合 。 ”
种 叫芦 竹 的能 源作 物作 为原 料 ， 成后 将 成为 世界 建
上最大的纤维素乙醇商业化的示范工程项 目， 生产的 乙醇的成本将显著低于第一代 乙醇。目前 ， 这个属于 欧盟 Ｆ ７下的项 目已经完成了大部分设计和设备采 Ｐ 购 ，即将开始安装 ，预计将在 ２ １ 年一季度投产。 ０２
康泰斯认 为，纤维素乙醇生产的推广和产业发
展， 需要 因地 制 宜 ， 原料 方 面 ， 能充 分利 用 现有 从 要
的农林资源和作业体系， 以降低建立和运营整个产业
生物法制取纤维素乙醇技术
目前，我国在经济快速发展的同时，能源短缺和能源消费所引起的问题也成为人们所担忧的问题。
如何能够获得无污染的可再生能源是重中之重。
用生物法制取纤维素乙醇技术，不仅有广泛的原料来源，而且制作过程环保无污染，是最有前景的制作乙醇的方法。
1 纤维素的水解发酵工艺(1)浓酸水解工艺 浓酸水解的原理是将结晶纤维素在较低温度下可以在浓硫酸溶液完全溶解为低聚糖。
然后再在此基础上加水加热并稀释，经过一定的时间就可以水解为单个的葡萄糖了。
浓酸水解有很大的优点，它可以溶解不同的的原料，回收率非常高，溶解速度也非常快。
但是浓酸水解往往条件苛刻，对设备的要求极高，因此造成了成本高。
而且浓酸用完之后一定要做好残余物的回收工作，不然极其容易造成严重的环境污染。
(2)稀酸水解工艺 稀酸水解主要是利用化学反应，它的原理是稀酸溶液中的氢离子是自由的，它可以与纤维素反应，从而破坏纤维素的稳定性，使其与水反应，从而实现纤维素长链的连续解聚，直到纤维素最终分解成为一个一个的葡萄糖单元。
稀酸水解的优点是时间短，比较适合工业化生产，但是由于稀酸水解的产物不彻底，产生的糖会继续分解，影响糖收率。
因此为了减少单糖的分解，一般稀酸水解工艺不可以直接进行，要分为两个步骤。
首先是分解半纤维素，分解条件为低温，产物以木糖为主。
第二个步骤是分解纤维素，分解条件为高温，产物主要是葡萄糖。
这一步的高温条件对设备的要求极高，因此稀酸溶解也不适合大产量的工业化生产。
(3)酶水解工艺 在化学反应中，酶是一种能促进反应进行的活性物质。
在纤维素的酶水解工艺中最不可或缺的物质就是纤维素酶。
纤维素酶并不是单一的一种酶，它是促进纤维素分解为单糖的一类酶的统称。
主要包括内切葡萄糖酶、外切葡萄糖酶和纤维素二糖酶。
在纤维素的水解过程中，这三种酶在不同的阶段发挥着不同的作用。
纤维素的水解需要这三种酶的共同协同作用来完成。
酶水解工艺相对于浓酸水解和稀酸水解工艺而言，因为它所需要的条件(如酸碱度和温度)都比较温和，因此对设备的要求不是很高。
中国燃料乙醇的应用现状及推广建议
1.3 第2代燃料乙醇据统计我国目前农作物秸秆总产量约为7亿t ，其中可收集量约为4.5亿t ，但秸秆利用效率不高，如安徽省常年粮食播种面积约1亿亩，农作物秸秆常年可收集总量达4 800万t ，综合利用率81.45%，但产业化利用量仅占利用总量的21%。
以小麦秸秆、玉米秸秆等原料为主的第2代生物燃料乙醇技术越来越受到人们的重视。
第2代燃料乙醇具有“不与人争粮，不与粮争地”等优点，将会是我国燃料乙醇产业化的主要方向[4-5]，木质纤维素乙醇的生产工艺如图2所示。
1.4 第3代燃料乙醇技术第3代生物乙醇主要利用藻类生产，技术尚不成熟，还远未达到工业化生产水平。
该技术路线是利用藻类等高效光生物反应器为原料生产燃料乙醇，具有生产周期短、光合效率高、吸收大气中CO 2等优点，目前正处于研发起步阶段。
在工程藻株开发、有害生物污染控制、低能耗微藻收集、高抗逆性的菌种培育等技术有待突破[6]。
0 引言生物燃料乙醇已发展成为全球可再生能源领域的战略性新兴产业，具有循环经济、环境友好等优点。
2019年9月，我国有关国家部门联合发布的《关于扩大生物燃料乙醇生产和推广使用车用乙醇汽油的实施方案》(以下简称《方案》)提出：到2020年，乙醇汽油在全国实现全覆盖。
同时《方案》提出：到2020年建成我国第一座5万t/a 的纤维素乙醇示范工厂，到2025年实现纤维素乙醇技术全面工业化[1]。
1 我国燃料乙醇发展应用现状目前，生物燃料乙醇生产技术按原料来源可分为３代，分别为以玉米、小麦等、甘蔗、甜菜等原料的第1代燃料乙醇；使用木薯、甘蔗等非粮经济作物作为原料的第1.5代燃料乙醇；以农、林废弃物(秸秆等)为主要原料的第2代燃料乙醇和以微藻为主要原料的第3代燃料乙醇技术。
1.1 第１代燃料乙醇第1代燃料乙醇技术已比较成熟，在世界各国广泛使用。
随着国内储备陈粮减少，国家补贴和税收优惠政策已取消，且存在与民争粮等问题，尤其是近日与美国的贸易战加剧，国内玉米一度达到2400～2500元/t ，中国玉米供需情况及价格走势如图1所示，造成其经济效益受到严重影响甚至亏损的局面[2]。
纤维素乙醇技术及研究进展
纤维素乙醇技术及研究进展摘要：本文综述了纤维素制取燃料乙醇的工艺过程，包括纤维素预处理工艺、纤维素水解糖化工艺以及酒精发酵工艺，重点讨论了纤维素各种预处理工艺，分析了各种工艺的技术特点，并概述了近几年纤维素制乙醇工艺的研究进展。
关键词：纤维素；乙醇；预处理；水解中图分类号:文献标识码：文章编号：Cellulosic ethanol technology and The advanceAbstract：This review summarizes the technological processes of fuel-ethanol production fr om cellulose,including cellulose pretreatment process,cellulose hydrolysis saccharification pr ocess and alcohol fermentation process.Variety of cellulose pretreatment process are present ed, and their technical characteristics are analysized. The status of cellulose ethanol produc tion in recent years was summarized.Keywords：cellulose; ethanol; pretreatment process;hydrolysis纤维素乙醇工艺是以纤维素为原料采用生物化学或热化学转化技术生产燃料乙的工艺。
常用的纤维素原料有农业废弃物（如棉花秸秆、稻草、高粱秸秆、木薯秸秆、麦秆或玉米秸秆等）、工业废弃物（如木薯淀粉、糠醛渣、木薯乙醇废渣）以及城市垃圾（如含纤维素成分的废纸）等。
我国是农业大国，每年都有大量的生物质废弃物，这些资源未能得到充分利用，并且由于农业秸秆的焚烧会造成大气污染、温室效应等一系列问题；另一方面，我国石油资源有限，工业和运输业对燃料油的需求也在不断增加。
纤维素乙醇关键技术及进展
纤维素乙醇关键技术及进展近三四十年来，为保障能源安全、减少大气污染及发展农村经济，燃料乙醇异军突起，乙醇汽油应用规模逐步增加，使得传统酿酒工艺进入液体能源领域。
伴随原料的转换，在化学工程和发酵工程等学科的交叉带动下，逐步孕育了纤维素乙醇工程这一新的分支。
2012年完成的中试经济评价为纤维素乙醇产业化奠定了基础，在技术指标上虽与玉米乙醇有一定距离，但已初步具备产业化条件。
文章概述了纤维素乙醇工业化在原料、酶制剂成本、发酵效率、能耗和水耗、专用装备方面所面临的主要挑战，在此基础上总结了纤维素乙醇预处理、酶解、发酵关键技术的研发进展及其在产业中的应用，讨论了研发的热点和难点，并对产业化发展模式及今后的技术发展方向作了展望。
自20世纪70年代以来，为缓解石油短缺、解决“三农”问题、推进生态环保，燃料乙醇产业得以发展，使用量逐年增加，2014年世界燃料乙醇产量已达到7400万吨，由传统的酿造领域跨入液体运输燃料领域。
近十年来，在向非粮原料转换的过程中，纤维素乙醇工程这一新兴学科分支逐步形成。
纤维素乙醇较第一代燃料乙醇在能量投入产出、温室气体减排方面有较大的优势，作为第二代燃料乙醇已在美国、巴西、欧洲、中国等国家/地区建成上百套中试装置，2012年纤维素乙醇完成中试技术经济验证后，示范装置也已陆续开始建设。
截至2014年底，世界已有8套装置投入试运行，累计产能超过40万吨/年。
表1列出了世界主要纤维素乙醇示范装置，预计到2017年，全球至少有25个项目投产，纤维素乙醇年生产能力超过100万吨。
经过多年中试研发的努力，示范装置的技术水平已达到较高的程度，采用先进技术的纤维素乙醇酶解底物固含量已达到25%，得到糖浓度达140g/L，发酵后乙醇浓度接近6%（质量分数）。
然而，这与技术成熟、发酵乙醇浓度超过15%（质量分数）的玉米乙醇相比，整体经济性还有待提升。
1纤维素乙醇工业化遇到的主要挑战剖析纤维素乙醇的各个工艺过程，遇到的主要问题可以归纳为以下五个。
高效酶解纤维素生产生物乙醇
高效酶解纤维素生产生物乙醇一、纤维素资源概述与生物乙醇的意义纤维素是地球上最为丰富的有机物质之一，广泛存在于植物细胞壁中，如木材、农作物秸秆、草类等。
这些纤维素资源具有可再生性，若能有效利用，将为解决全球能源危机提供可持续的途径。
生物乙醇作为一种重要的生物燃料，相较于传统化石燃料，具有显著的环境优势。
其燃烧过程中释放的二氧化碳量相对较少，可在一定程度上缓解温室气体排放带来的气候变化问题。
同时，生物乙醇的使用能够减少对石油等不可再生资源的依赖，增强能源供应的安全性与稳定性。
在交通领域，生物乙醇可以与汽油混合使用，提高汽油的辛烷值，减少发动机爆震现象，并且能够降低尾气中有害污染物的排放，如一氧化碳、碳氢化合物等，对改善空气质量具有积极作用。
因此，将纤维素高效转化为生物乙醇具有极其重要的意义与环境价值，成为当前生物能源领域研究的热点方向之一。
二、酶解纤维素的原理与关键酶类酶解纤维素是一个复杂的生物化学过程，主要依靠特定的纤维素酶来实现。
纤维素酶是一类复合酶系，主要包含内切葡聚糖酶（EG）、外切葡聚糖酶（CBH）和β-葡萄糖苷酶（BG）三种关键酶类。
内切葡聚糖酶能够随机水解纤维素分子内部的β-1,4-糖苷键，使纤维素长链断裂成较短的纤维素片段，增加纤维素分子的可及性。
外切葡聚糖酶则从纤维素链的非还原端或还原端依次水解β-1,4-糖苷键，释放出纤维二糖等二糖分子。
而β-葡萄糖苷酶的主要作用是将纤维二糖进一步水解为葡萄糖单体，葡萄糖则是后续发酵生产生物乙醇的直接原料。
这三种酶相互协同作用，共同完成纤维素到葡萄糖的转化过程。
然而，在自然状态下，纤维素的结晶结构以及木质素等物质的存在会对纤维素酶的作用产生阻碍，使得酶解效率相对较低。
纤维素的结晶区域结构紧密，纤维素酶难以接近并作用于内部的糖苷键，从而限制了酶解反应的速率。
木质素作为一种芳香族聚合物，包裹在纤维素周围，不仅物理上阻碍了纤维素酶与纤维素的接触，还可能与纤维素酶发生非特异性吸附，降低酶的有效浓度，进一步影响酶解效率。
2024年纤维素乙醇市场发展现状
2024年纤维素乙醇市场发展现状引言纤维素乙醇是由纤维素进行生物化学转化而得到的清洁能源，可以替代传统石油燃料。
随着全球对环境污染和能源安全的关注度增加，纤维素乙醇市场逐渐崛起。
本文将探讨纤维素乙醇市场的发展现状，并对其未来的前景进行展望。
1. 市场规模和趋势纤维素乙醇市场在过去几年中取得了显著的增长。
根据市场研究机构的数据显示，全球纤维素乙醇市场的规模从2015年的X亿美元增长到了2019年的Y亿美元，年复合增长率为Z%。
这一增长主要受到政府对可再生能源的支持和环保意识的提升推动。
未来几年，纤维素乙醇市场有望继续保持增长趋势。
据预测，到2025年，全球纤维素乙醇市场的规模有望达到A亿美元，年复合增长率为B%。
这一增长将主要由发展中国家对清洁能源需求的增加和技术创新的推动驱动。
2. 市场驱动因素2.1 可再生能源政策各国政府在应对气候变化和能源安全方面采取了一系列政策。
其中包括制定可再生能源配额制度、提供经济激励措施和减少传统石油燃料使用等。
这些政策的推动促使纤维素乙醇市场得到了快速发展。
2.2 环保意识的提升全球环保意识的提升使得可再生能源的需求迅速增加。
由于纤维素乙醇是可再生能源的一种重要来源，市场需求持续增长。
2.3 石油价格波动传统石油燃料价格的波动使得纤维素乙醇的竞争力逐渐增加。
随着石油价格的上涨，纤维素乙醇的成本优势逐渐显现，进一步推动了市场的发展。
3. 市场挑战与机遇3.1 技术挑战纤维素乙醇的生产技术尚不成熟，存在高成本、低产量和生产过程中产生的废水处理等问题。
技术创新是克服这些挑战的关键，新的生产技术能够降低成本、增加产量、减少废水等环境负面影响。
3.2 市场竞争纤维素乙醇市场竞争激烈。
目前，尚未形成主导技术和大规模生产的纤维素乙醇企业。
在技术创新和成本控制方面具备竞争优势的企业将能够在市场中占据更大的份额。
3.3 新兴市场机遇发展中国家对清洁能源的需求增加为纤维素乙醇市场提供了新的机遇。
纤维素乙醇产业现状及关键过程技术难点
第48卷第9期 当 代 化 工 Vol.48，No.9 2019年9月 Contemporary Chemical Industry September ，2019基金项目： 国家自然科学基金，项目号：21706011。
收稿日期： 2019-07-22 作者简介： 田芳（1991-），女，硕士，研究方向：生物质能源与化工。
E-mail ：tianfang1@ 。
通讯作者： 佟毅（1963-），男，教授级高级工程师，博士，研究方向：玉米深加工。
E-mail ：tongyi@ 。
崔兆宁（1987-），男，中级工程师，博士，研究方向：蛋白质构象的分子动力学模拟。
E-mail:cuizhaoning@ 。
纤维素乙醇产业现状及关键过程技术难点田芳1，李凡1,3，袁敬伟3，许克家1，王康1，王灿1，叔谋1，李义2，佟毅2*，崔兆宁1*（1. 中粮营养健康研究院， 北京 102209； 2. 吉林中粮生化有限公司，吉林 长春 130033； 3. 中粮生化能源（肇东）有限公司，黑龙江 肇东 151100）摘 要：目前生产燃料乙醇主要以糖质和淀粉质粮食为原料，随着清洁能源需求增加和粮食短缺问题日益突出，因此研究以木质纤维素为原料的第二代燃料乙醇势在必行。
介绍了木质纤维素燃料乙醇国内外研究现状和产业化现状，从技术层面分析了纤维素乙醇研究及产业化过程中的主要技术难点，提出了目前研究认为可行的一些建议解决斱案。
关 键 词：生物燃料；纤维素乙醇；产业化现状；技术难点；可行性斱案中图分类号：TQ 914 文献标识码： A 文章编号： 1671-0460（2019）09-2051-06Industrialization Status and Key Process TechnicalDifficulties of Cellulose EthanolTIAN Fang 1, LI Fan 1, YUAN Jing-wei 3, XV Ke-jia 1, WANG Kang 1, WANG Can 1, SHU Mou 1, LI Yi 2, TONG Yi 2*,CUI Zhao-ning 1*（1. COFCO Nutrition and Health Research Institute, Beijing 102209, China ； 2. Jilin COFCO Biochemical Co., Ltd., Jilin Changchun 130033, China ；3. COFCO Bio-energy （Zhaodong ）Co., Ltd., Heilongjiang Zhaodong 151100, China ）Abstract : Biofuel ethanol refers to a green additive produced from biomass to improve the combustion performance of gasoline while reducing pollutant emission of automobile exhaust. At present, the fuel ethanol is mainly produced from saccharide and starch. However, the increasing demand for clean energy and food shortage become more and more serious, so it is imperative to study the second-generation fuel ethanol based on lignocellulose. In this paper, the research status and industrialization status of lignocellulosic fuel ethanol at home and abroad were introduced, the main technical difficulties in the industrialization of cellulose ethanol were analyzed, and some feasible solutions for the main technical difficulties were put forward.Key words : Biofuel; Cellulosic ethanol; Industrialization; Technical difficulties; Feasibility plan全球经济快速增长带动能源消耗大幅增加，不可再生化石燃料的减少及使用过程所带来的一系列环境问题使得収展绿艱可再生能源势在必行。
纤维素乙醇的研究进展
纤维素乙醇的研究进展燃料乙醇作为可再生的生物能源之一，其发展前景是十分广阔的。
然而，纵观世界各国燃料乙醇发展的历程和现状，可以看出燃料乙醇生产过程的经济性始终是突出问题，其生产成本一直难以同成品油的价格相竞争，其中原料成本和能耗成本占燃料乙醇生产总成本的比例高达90%。
因此使用木质纤维素类物质作为燃料乙醇的生产原料，逐步替代日益减少的石油资源，是各国政府的战略发展目标[77]。
国内外纤维素乙醇的进展早在20世纪70年代的第一次石油危机时，美国就开始了用秸秆等木质纤维素类物质生产乙醇的研究。
在政府大力倡导下，酒精燃料在美国燃料市场上份额已达8%。
第一家商业性转化纤维质为酒精工厂1998年l0月由B C International在路易斯安那Jennings破土动工，该厂以蔗渣和稻壳为原料，年产酒精20×106加仑。
2006年1月，布什总统提出“先进能源计划”，为美国能源部的清洁能源研究增加22%的投入。
因此2007年2月28日美国能源部部长宣布：在今后4年中，能源部将投资3．85亿美元，用于支持包括上述两家加拿大和西班牙公司在内的6个非传统原料(木片、秸秆、柳枝稷等)生物精炼化工厂项目[77]。
在巴西在生产纤维素乙醇方面也走在了世界前列，政府一方面制定政策限制石油消费，一方面开辟大量土地种植糖蔗，利用榨汁后蔗渣发酵生产燃料酒精[78]。
在巴西，3/4新车既可以使用乙醇又可以使用汽油作燃料。
2003年巴西的双燃料汽车还只占市场总销量的6％，2005年就高达73％。
此外，加拿大艾欧基(Iogen)公司和西班牙的Abengoa生物能源公司都在积极尝试大规模工业化生产纤维素乙醇。
我国国内很早关注纤维素乙醇的生产研究，中国科学院早在1980年在广州召开“全国纤维素化学学术会议”，把开发利用纤维素资源作为动力燃料提到议事日程[79]。
进入“九五”、“十五”期间，秸秆转化乙醇技术再次受到国家重视。
华东理工大学能源化工系颜涌捷教授及其课题组开发的纤维素废弃物稀盐酸水解法制取乙醇技术，被列为国家863重点科研项目。
纤维素乙醇生产技术及产业化进展
纤维素乙醇生产技术及产业化进展摘要：近年来，随着粮食价格的不断上涨，土地资源日益紧张，以粮食为原料的生物液体燃料技术发展前景并不乐观。
木质纤维素是地球上最丰富的可再生资源，以其作为原料生产生物乙醇最具发展前景。
利用现代化生物技术手段开发以纤维素为原料的生物能源，已成为当今世界发达国家能源战略的重要内容，并在纤维素乙醇关键生产技术上取得了重要的进展，已建成或在建多套中试生产线及示范性工厂。
纤维类燃料乙醇发展正步入产业化初期阶段。
1原料预处理技术木质纤维素原料包括玉米秸秆、麦秆、高粱秸秆、稻草、木薯秸秆或棉花秸秆的农业废弃物；糠醛渣、木薯淀粉或木薯酒精的木薯渣的工业废弃物；废纸及含纤维素成分城市垃圾等。
由于半纤维素和木质素对纤维素的包裹作用及纤维素本身的结晶结构，木质纤维素中的纤维素成分很难直接被微生物利用转化为乙醇[3]，需要先进行预处理破坏纤维素的结晶结构，脱除木质素或半纤维素，增加纤维素酶的可及度，从而提高纤维素水解糖化的效率。
预处理技术方案对后续的酶解发酵、废水处理等过程有很大的影响，是实现纤维素原料资源利用最大化及清洁生产的关键技术。
近年来，人们对于酸碱预处理及水热预处理等方法进行了大量的研发工作。
1.1酸预处理纤维素原料的酸预处理技术是纤维素原料在酸性介质条件下水解其中的半纤维素，部分降解木质素，破坏纤维素原料内部半纤维素和木质素对纤维素包裹紧密的空间结构，增大纤维表面孔穴的体积，提高纤维素酶与纤维素的接触面积，从而提高纤维素的水解糖化效率，最常采用的酸是硫酸、盐酸等。
Lioyd[4]等采用0.98%的稀硫酸溶液，在温度140℃、停留时间40min条件下对玉米秸秆原料进行预处理，处理后的原料采用纤维素酶对纤维素进行水解，预处理过程及酶水解过程的总糖收率高达93%。
1.2碱预处理纤维素原料的碱预处理技术是纤维素原料在碱性介质条件下，溶胀纤维素原料，皂化木质素和半纤维素之间的醚键，溶出木质素，破坏细胞壁的三维网状结构，降低纤维素的结晶度，从而提高纤维素酶的可及度和生物质的水解糖化效率，过程不产生糠醛等发酵抑制物，预处理液需要大量的酸进行中和，最常用的碱有NaOH、Ca(OH)2等。
纤维乙醇技术
纤维乙醇技术纤维乙醇技术是一种先进的生物质能利用技术。
这种技术可将可再生能源转化为乙醇燃料，从而降低对化石燃料的依赖，减少对环境的影响。
纤维乙醇技术主要是利用植物的纤维素和半纤维素提取出来的糖分，通过发酵制备成乙醇。
纤维素是一种多糖类物质，主要存在于植物细胞壁中，是植物细胞壁的主要组成部分。
纤维素和半纤维素都是难以降解的高分子物质，但可通过预处理、酶解和发酵等方法转化为可燃料的糖分。
纤维乙醇技术的核心是高效低成本的糖分提取和乙醇发酵。
纤维乙醇技术的步骤包括：预处理、酶解、糖分提取、发酵和乙醇分离等。
预处理是将纤维素和半纤维素物质通过机械或化学处理打破细胞结构，增加酶解效率。
酶解是将预处理好的物质通过特定酶的作用，使其转化为单糖、双糖、三糖等易于发酵的糖分，一般采用低温和中性条件下的酶解，能够保持酶的生物活性和稳定性。
糖分提取是将酶解后的物质通过过滤、离心等方法提取出来的糖分溶液，该步骤的效率直接影响到最终乙醇的产量和质量。
发酵是将提取出来的糖分经过特定酵母的发酵反应，生成乙醇和CO2等产物。
乙醇分离是将发酵后产生的乙醇和水分离出来的过程，该步骤的效率直接影响到乙醇的浓度和纯度。
纤维乙醇技术的优势在于，可利用豆渣、稻秆等废弃物和非粮食作物等低成本生物质资源制备乙醇，减少对食品作物的竞争，符合可持续发展的要求；同时，该技术可实现CO2的回收和利用，达到减轻温室气体排放的效果；此外，纤维乙醇技术还可利用现有的生物质燃料基础设施，成本较低，易于推广和应用。
纤维乙醇技术的发展还面临一些挑战。
首先是糖分的提取和酶解效率有限，需要进一步研究高效低成本的方法；其次是酵母对于产物乙醇的耐受性较差，需开发高效酵母；此外，在纤维素和半纤维素酶解和发酵过程中产生的杂质如酸性物质、酚类和醛类物质等会影响发酵效果和乙醇质量，需要开发相应的清洁技术。
总的来说，纤维乙醇技术是一种具有广阔应用前景的新型能源技术，能够将废弃物和非粮食作物等生物质资源转化为可再生的乙醇燃料，实现可持续发展和环境保护的目标。
纤维素乙醇：前景无限广阔 技术亟待突破
纤维素乙醇：前景无限广阔技术亟待突破
杨睿
【期刊名称】《《绿色中国：A版》》
【年(卷),期】2011(000)005
【摘要】能源是人类社会赖以生存和发展的物质基础，是经济的血液和命脉。
使用化石燃料不仅带来严重的环境问题，而且不可再生的化石燃料能源不足以长期支撑社会经济可持续发展。
有关机构评估，按目前的开采速度，全球石油储量可供生产42年，天然气储量可供生产60年，煤炭储量可供生产122年。
因此，开发生物质能等可再生能源显得尤为紧迫，其中属于生物质能的纤维素乙醇由于以非粮作物为原料，具有环保、清洁并可大规模工业生产等特点，因此有可能成为突破我国能源瓶颈的一条重要途径。
【总页数】3页(P62-64)
【作者】杨睿
【作者单位】
【正文语种】中文
【中图分类】TK6
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新能源与生物能源技术突破——康泰斯纤维素乙醇技术
关键字：纤维素乙醇，生物乙醇，乙醇，新能源，康泰斯，生物能源
康泰斯纤维素乙醇技术是新能源与生物能源技
术的新突破，给传统的乙醇和生物乙醇技术注入
了新的活力。
纤维素生物质是由纤维素
（30-50%），半纤维素（20-40%），和木质素
（15-30%）组成的复杂材料。
纤维质生物质中
的糖以纤维素和半纤维素的形式存在。
纤维素中
的六碳糖和和玉米淀粉中含有的葡萄糖一样，可
以用传统的酵母发酵成乙醇。
而半纤维素中含有
的糖主要为五碳糖，传统的酵母无法经济地将其
转化为乙醇每一种植物的确切成分都不尽相同。
纤维素存在于几乎所有的植物生命体中，是地球上最丰富的分子。
一直以来，将纤维质生物质转化成乙醇是科学家们面对的巨大挑战。
酸、高温等苛刻的条件都曾经被用来尝试将纤维素分子打断、水解成单一的糖。
随着石油资源的逐渐枯竭和环境的日益恶化，大力推广使用可再生能源技术已成为许多国家能源发展战略的重要组成部分，以减少对化石能源的依赖和温室气体的排放。
纤维素乙醇技术，是一种高端的清洁能源技术，因为它可以被用来替代传统的粮食乙醇技术，利用地球上广泛存在的纤维素质生物原料生产清洁的乙醇燃料，被寄予了很高的期望。
作为纤维素乙醇领域研发的领头羊之一，M&G (Gruppo Mossi and Ghisolfi)集团在过去几年中，对包括生物质原材料的收集和运输，能源作物的选择和种植、预处理，水解或酶解，混合糖的发酵等纤维素乙醇生产的各主要技术环节进行了广泛而且深入的研究，取得了巨大的进展，已经开发了专有的一体化纤维素乙醇生产技术PROESATM，并于去年开始在欧洲建设年产四万吨的纤维素制乙醇的工业化示范装置。
与其它现有和正在开发中的工艺相比，M&G技术的独特的预处理工艺和酶解工艺，可以显著降低投资和生产成本，同时可以适用包括农业废弃物、林业废弃物、糖业废弃物以及能源作物等等来源广泛的多种生物质原料，应用地域没有限制，具有非常好的经济性和地域适应性。
M&G集团的年产4万吨纤维素乙醇工业示范项目，位于意大利北部城市CRESCENTINO，将利用当地的农业废弃物（麦草、秸秆等）以及能源作物作为原料。
目前项目进展顺利，预计将于2011年底投入运行。
整个装置由M&G集团的全资子公司康泰斯CHEMTEX全球工程有限公司负责设计和建设。
装置建成后，将对从原料供应、生产到产品应用的整个产业链进行示范，并为将该技术进一步放大到年产15万吨到20万吨年做准备。
M&G集团的PROESATM纤维素乙醇技术由康泰斯CHEMTEX面对全球进行技术转让。
康泰斯及其母公司M&G集团近几年来在开发PROESATM木质纤维素生物乙醇技术方面投入大量人力物力进行研究，并已在意大利Rivalta设计建立起一座中试工厂，开发新型的生物质预处理及水解工艺，用以将纤维质原料转化为糖并进一步生产乙醇或其他生物化学品，其中11项技术已申请专利。
康泰斯纤维素乙醇技术主要有以下特点：
z可选用多种生物质原料
z采用特殊的预处理工艺将生物质转化为质高价廉的糖份，进一步转化为乙醇或其他生物化学品
z高效降粘酶水解工艺
z C5与C6糖份的同时发酵
z高效木质素分解
碳消耗成本是衡量生物乙醇或其他生物化学品项目经济性的标准之一， PROESATM工艺将是一个游戏规则的改变者，因为该技术在预处理阶段无需加入任何化学物质，因此用户选择该设计其投入与运营成本与其他技术相比将更加低廉。
对于国内，无论是改造现有的乙醇生产设备，还是投建新工厂，亦或是其他生物化学品的应用都适宜该项技术解决方案。