生物质的炼制..

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纤维素水解
• • • •
β -glucoside
纤维素水解由纤维素酶系完成
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
纤维素
葡聚糖
纤维二糖
CHO CHO
CHO
半纤维素 Hemicellulose
OCH3
H
OH H OH OCH3 H OH OCH3
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半纤维素酶酵母
纤维素
Cellulose
CHO
纤维素
Cellulose
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
生物柴油
以麻疯树、油桐、黄连木、油菜籽等为原料 餐饮等行业废油回收 2020年，年产100万吨
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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 Miscanthus（大禾草） Switchgrass（柳枝稷） 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
H H | | H-C-C-OH | | H H
OH
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基因工程酵母成功的要素
• 基因源 从腐生微生物，白蚁、消化道微生
物
• 基因或菌株组合 酶的组成 酶的比例 • 重组基因 优化起动子达到最佳表达调控 产物到位 酶性能优化
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谢谢!
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生物质的主要成分
木质素 Other
Lignin 20% 5%
纤维素
Cellulose 45% Hemicellulose 30%
(glucose polymer)
(xylose/arabinose polymer)
半纤维素
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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
The Future of Fuel
再生燃油前景无量
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Alternative Energy Sources 替代能源及其特点
能源 再生 环境问题 车用能源 其他 天然 气 X X 煤 XX ? 核能 X 水电 X X 风能 X X 太阳能 X 高成本 生物柴油 X X 高成本 燃料乙醇 X X 潜在低成本
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
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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 生物降解
1.25
$/gal EtOH
1.00
0.75
0.50
0.25
稀酸
0.00 Dilute Acid
热水
Hot Water
气爆
AFEX
气渗
ARP
石灰
Lime
Net Stover
Other Variable
Fixed w/o Depreciation
Depreciation
Income Tax
Return on Capital
葡萄糖
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燃料乙醇生产构想
基因工程酵母
植物原料 燃料乙醇
原料粉
半纤维素 纤维素 有机酸
纤维素 单糖 有机酸
单糖 有机酸
乙醇混合物
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基因工程酵母技术的优势
• 低成本 无须高消耗的预处理 无须价格昂贵的纤维素酶 • 高效率 水解彻底 五、六炭糖全部利用 • 无环境污染 • 建厂投资和技术要求低，适合离秸杆
源近的农村建厂，解决‘三农’问题
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木质素水解酶酵母
木质素 纤维素
Lignin
Cellulose
木质素过氧化物酶 Lignin perioxidase
锰过氧化物酶 Manganese peroxidase 漆酶 Laccase
纤维素
Cellulose
半纤维素 Hemicellulose
乙二醛氧化酶 Glyoxal oxidase
H OH
OCH3
半纤维素 Hemicellulose
CHO H H OH OCH3
CHO
OCH3 OH
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纤维素酶酵母
纤维素
Cellulose
CHO
H OH
OCH3
外切葡聚糖酶 Exoglucosidase 纤维二糖水解酶 Cellobiohydrolase
CHO
内切葡聚糖酶 Endoglucsidase 纤维二糖酶 Cellobiase
CHO H OCH3
OH
CHO H H OH OCH3 OH OCH3 H
CHO OCH3
OH
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五碳糖代谢酵母
CHO H OCH3
OH
木糖醇脱氢酶 木糖还原 酶 Xylitol Xylose Reductase Dehydrogenase 木酮糖激酶 Xylulokinase
CHO H OCH3
乙醇分离
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预处理的作用
木质素 纤维素
Lignin
Cellulose
无定形区
Amorphous Region
Crystalline Region
结晶区
Pretreatment
预处理
Hemicellulose
半纤维素
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预处理的效果和费用
• • •
1.75 1.50
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
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中国可再生能源法实施及规划目标
国家发展改革委能源局 2005年11月18日
/documents/4._Wu_Guihui_CNEN.ppt
生物质液体燃料
2020年：替代1000万吨成品油
ห้องสมุดไป่ตู้
燃料乙醇：
以甜高粱茎杆、甘蔗和木薯等为原料 2020年，年产1000万吨 (30.8亿加仑)