生物技术与能源(产沼气、产乙醇、MFC)
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生物技术与能源
姓名： XXX
目录
CONTENTS
国内外发展现状
01Fra Baidu bibliotek
02
04
生物柴油
生物制氢
03 05
生物乙醇
生物沼气
06
微生物燃料电池
4
生物乙醇
生物乙醇
一、生物乙醇行业研究现背景
煤炭、石油等能源的日益枯竭； 环境污染日益严重以及全球气候的改变； 石油替代能 源的开发 生物燃料乙醇的开发受到关注和重视。 石油价格大幅波动，再次将开发生物能源推到前沿阵地。
生物乙醇
• 汽油添加剂：甲基叔丁基醚
甲基叔丁基醚
生物燃料乙醇
优点
生物燃料乙醇 • 无铅、无污染。 生产成本低、辛烷值高 • 帮助汽油完全燃烧， 减轻污染； • 原料来源广泛 成本较高
缺点
• 神经性毒物、致癌； • 高水溶性，污染水源； • 不易被微生物分解；
生物乙醇
未来我国汽车汽油保有量将保持7%~9%左右的 速度增长，到2020年我国生物燃料乙醇的市场需求 约为1700 万吨左右，缺口将达到1500 万吨。以中 国企业目前的产能来看，远远不能满足未来国内对 燃料乙醇的需求，燃料乙醇装置产能扩张不可避免。
燃料乙醇的生产技术： • 六糖路线原料主要为经济农作物，分淀粉类作物和糖 类作物； • 五糖路线原料为秸秆等纤维素，经降解和发酵产生木 糖，进而生产乙醇。 国际上成熟的乙醇路线是六糖路线，但存在较为严重 的原料供应瓶颈。纤维素( 五糖) 路线是燃料乙醇发展的 最终路线，但目前缺乏高效五糖转化菌种以及纤维素酶高 效生产工程化技术。
三、制造生物乙醇原理
六糖路线：主要以玉米、小麦或甘蔗、甜高粱等为原料。
甜高粱
磷酸 水解
水解液
纤维素酶 （糖化）
水解残渣
乙醇
酿酒酵母
三、制造生物乙醇原理
五糖路线：木质纤维素（ 硬木、软木、秸秆、甘蔗渣 和树皮）生产燃料乙醇。
• 过程：主要包括预处理、糖化、发酵等； • 优点：形成了基本上封闭的碳循环，没有二氧 化碳净排放，有利于减轻温室效应；
五、优点及研究发展趋势
(一) 减少有毒有害气体排放，利于环境保护 • 生物乙醇汽油的应用能够使汽油充分燃烧，减少汽 车尾气中CO的排放; • 乙醇的辛烷值高; • 在生产过程中使用的是有机纤维素、植物等，这些 作物在成长过程中吸收大气中的CO2等有毒有害气 体，相对于其他矿物原料例如石油和煤炭等CO2净 排放者，生物乙醇的生产过程是一个环境友好的循 环系统。
将淀粉转化为可 核心 发酵糖，然后发 技术 酵制取乙醇
将淀粉转化为可发酵 糖或直接将可发酵糖 类发酵
优点 缺点
工艺简单成熟 与人畜争粮， 资源有限
工艺相对成熟 与粮林争地、 资源有限
四、实际工程应用
从 2010 年到 2015 年，在宏观政策调控下我国玉米 价格指数一直居高不下，这也导致粮食乙醇企业只能依 靠国家财政补贴才能维持生存，而从 2012 年开始，财 政部下达通知要求下调对燃料乙醇生产企业的财政补贴。 G1、G1.5、G2 代生物质燃料乙醇的补贴均有所下调， 粮食燃料乙醇更是从 2005 年的 1883 元/吨降至 2016 年 的无补贴； 以木薯为原料的非粮乙醇也会在 2017 年被取消财政 补贴，而纤维素乙醇的补贴虽未全部取消，但下滑至 600 元/吨，未来也处于观望状态。
(三) 发展新型产业模式，利于粮食安全
第一代生物乙醇是以玉米为原料，伴随生物乙醇行业的 兴盛，人们也渐渐产生了分歧，主要原因在于，世界上很多 人还处于饥饿的状态，如果仍旧大规模地发展生物乙醇工业， 将产生与民争粮的情况。因此，以玉米为原料的生物乙醇生 产项目陆续被淘汰。 第二代生物乙醇是以麦秆、玉米秆等原料生产乙醇，减 少与人争粮、与人争土地的问题，科学家们将“超级酵母菌” 应用到生产过程中，能够有效提高生产效率和产量。 第三代生物乙醇以海藻为原料，这样既不需要占用仅 有的土地，也不需要淡水资源，该研究现阶段正处于实验室 阶段，我国在这方面也投入了较大的精力，仍处于研发阶段。
二、生物乙醇行业研究现状
美国
欧盟
中国
玉米——乙醇汽 油
生产原料为甜菜 和小麦等作物
现阶段生物燃料 乙醇的研究重心 转移到以纤维素 等为原料的生产 工艺中。
生物燃料乙醇的研究和 发展上还有待进一步提 高。21世纪初， “十 2007年，欧洲国 五” 计划纲要明确将 家推出能源政策， 生物乙醇产业作为一项 计划将生物燃料 改善民生、改善环境的 混合汽油的使用 重要项目， 国内也涌 的市场占有率提 现出一批生物燃料乙醇 的科技公司，生产规模 升到10%。 和应用范围也在进一步 扩大。
(二) 替代传统能源模式，利于持续发展
石油被称为“工业的血液”，作为一种不可再生的能 源，其被广泛应用于化工、建筑、医药、汽车等行业， 新型可替代能源的应用就十分重要，生物乙醇的生产是 依靠自然界的有机生物，主要是植物，通过不断的种植， 可以实现可循环使用， 第二代、第三代生物乙醇生产技 术的开发， 将原有当做废物处理的庄稼的秸秆、麻类、 农作物的边角余料等作为原料，使生物乙醇的循环使用 性日渐增强。
四、实际工程应用
案例一：河南天冠集团有限公司 河南省是全国粮食主产区，产量全国第三位，年 产约4250万吨，仅陈化粮160万吨。南阳市是河南省 粮食主产区，全市粮食产量500万吨左右，并还有不 在粮食计划范围的薯干100万吨以上，原料来源充足。 在燃料乙醇的生产技术上，拥有目前全国最大的 20万吨生产装置（目前，国内无水酒精都是1-5000吨 小装置，许多厂家实际上只是最近才在实验装置上接 触无水酒精），并且拥有目前国际最先进的低成本脱 水技术（通过组团对美考察也可得以验证）
四、实际工程应用 工艺流程图
酶解发酵
添加金属腐蚀 抑制剂、2%5%的汽油
混配
四、实际工程应用
我国燃料乙醇的工业发展现状
代次
产品 原料
第1代燃料乙醇
粮食乙醇 玉米、小麦
第1.5代燃料乙醇
非粮乙醇 木薯、红薯、甜高粱
第2代燃料乙醇
纤维素乙醇 农产品废弃物林产废弃物 • 原材料预处理； • 高效纤维素酶制取； • 将纤维素转化为可发酵 糖； • 糖化发酵制取乙醇的工 艺。 不与人畜争粮、不与粮林 争地、资源丰富 目前尚未普及
四、实际工程应用 案例一：河南天冠集团有限公司
四、实际工程应用 案例一：河南天冠集团有限公司
四、实际工程应用
案例二：山东龙力生物科技有限公司
公司从2005年开始研发纤维素燃料乙醇的生产技 术，经过多年不懈努力，在产品研发、循环经济和 生物质综合利用、产业集群和地域、生产技术等方 面取得了明显的竞争优势，实现了纤维素燃料乙醇 规模工业化生产，被国家发改委列入“高技术产业 化示范工程”，获得2011年国家技术发明奖二等奖。
姓名： XXX
目录
CONTENTS
国内外发展现状
01Fra Baidu bibliotek
02
04
生物柴油
生物制氢
03 05
生物乙醇
生物沼气
06
微生物燃料电池
4
生物乙醇
生物乙醇
一、生物乙醇行业研究现背景
煤炭、石油等能源的日益枯竭； 环境污染日益严重以及全球气候的改变； 石油替代能 源的开发 生物燃料乙醇的开发受到关注和重视。 石油价格大幅波动，再次将开发生物能源推到前沿阵地。
生物乙醇
• 汽油添加剂：甲基叔丁基醚
甲基叔丁基醚
生物燃料乙醇
优点
生物燃料乙醇 • 无铅、无污染。 生产成本低、辛烷值高 • 帮助汽油完全燃烧， 减轻污染； • 原料来源广泛 成本较高
缺点
• 神经性毒物、致癌； • 高水溶性，污染水源； • 不易被微生物分解；
生物乙醇
未来我国汽车汽油保有量将保持7%~9%左右的 速度增长，到2020年我国生物燃料乙醇的市场需求 约为1700 万吨左右，缺口将达到1500 万吨。以中 国企业目前的产能来看，远远不能满足未来国内对 燃料乙醇的需求，燃料乙醇装置产能扩张不可避免。
燃料乙醇的生产技术： • 六糖路线原料主要为经济农作物，分淀粉类作物和糖 类作物； • 五糖路线原料为秸秆等纤维素，经降解和发酵产生木 糖，进而生产乙醇。 国际上成熟的乙醇路线是六糖路线，但存在较为严重 的原料供应瓶颈。纤维素( 五糖) 路线是燃料乙醇发展的 最终路线，但目前缺乏高效五糖转化菌种以及纤维素酶高 效生产工程化技术。
三、制造生物乙醇原理
六糖路线：主要以玉米、小麦或甘蔗、甜高粱等为原料。
甜高粱
磷酸 水解
水解液
纤维素酶 （糖化）
水解残渣
乙醇
酿酒酵母
三、制造生物乙醇原理
五糖路线：木质纤维素（ 硬木、软木、秸秆、甘蔗渣 和树皮）生产燃料乙醇。
• 过程：主要包括预处理、糖化、发酵等； • 优点：形成了基本上封闭的碳循环，没有二氧 化碳净排放，有利于减轻温室效应；
五、优点及研究发展趋势
(一) 减少有毒有害气体排放，利于环境保护 • 生物乙醇汽油的应用能够使汽油充分燃烧，减少汽 车尾气中CO的排放; • 乙醇的辛烷值高; • 在生产过程中使用的是有机纤维素、植物等，这些 作物在成长过程中吸收大气中的CO2等有毒有害气 体，相对于其他矿物原料例如石油和煤炭等CO2净 排放者，生物乙醇的生产过程是一个环境友好的循 环系统。
将淀粉转化为可 核心 发酵糖，然后发 技术 酵制取乙醇
将淀粉转化为可发酵 糖或直接将可发酵糖 类发酵
优点 缺点
工艺简单成熟 与人畜争粮， 资源有限
工艺相对成熟 与粮林争地、 资源有限
四、实际工程应用
从 2010 年到 2015 年，在宏观政策调控下我国玉米 价格指数一直居高不下，这也导致粮食乙醇企业只能依 靠国家财政补贴才能维持生存，而从 2012 年开始，财 政部下达通知要求下调对燃料乙醇生产企业的财政补贴。 G1、G1.5、G2 代生物质燃料乙醇的补贴均有所下调， 粮食燃料乙醇更是从 2005 年的 1883 元/吨降至 2016 年 的无补贴； 以木薯为原料的非粮乙醇也会在 2017 年被取消财政 补贴，而纤维素乙醇的补贴虽未全部取消，但下滑至 600 元/吨，未来也处于观望状态。
(三) 发展新型产业模式，利于粮食安全
第一代生物乙醇是以玉米为原料，伴随生物乙醇行业的 兴盛，人们也渐渐产生了分歧，主要原因在于，世界上很多 人还处于饥饿的状态，如果仍旧大规模地发展生物乙醇工业， 将产生与民争粮的情况。因此，以玉米为原料的生物乙醇生 产项目陆续被淘汰。 第二代生物乙醇是以麦秆、玉米秆等原料生产乙醇，减 少与人争粮、与人争土地的问题，科学家们将“超级酵母菌” 应用到生产过程中，能够有效提高生产效率和产量。 第三代生物乙醇以海藻为原料，这样既不需要占用仅 有的土地，也不需要淡水资源，该研究现阶段正处于实验室 阶段，我国在这方面也投入了较大的精力，仍处于研发阶段。
二、生物乙醇行业研究现状
美国
欧盟
中国
玉米——乙醇汽 油
生产原料为甜菜 和小麦等作物
现阶段生物燃料 乙醇的研究重心 转移到以纤维素 等为原料的生产 工艺中。
生物燃料乙醇的研究和 发展上还有待进一步提 高。21世纪初， “十 2007年，欧洲国 五” 计划纲要明确将 家推出能源政策， 生物乙醇产业作为一项 计划将生物燃料 改善民生、改善环境的 混合汽油的使用 重要项目， 国内也涌 的市场占有率提 现出一批生物燃料乙醇 的科技公司，生产规模 升到10%。 和应用范围也在进一步 扩大。
(二) 替代传统能源模式，利于持续发展
石油被称为“工业的血液”，作为一种不可再生的能 源，其被广泛应用于化工、建筑、医药、汽车等行业， 新型可替代能源的应用就十分重要，生物乙醇的生产是 依靠自然界的有机生物，主要是植物，通过不断的种植， 可以实现可循环使用， 第二代、第三代生物乙醇生产技 术的开发， 将原有当做废物处理的庄稼的秸秆、麻类、 农作物的边角余料等作为原料，使生物乙醇的循环使用 性日渐增强。
四、实际工程应用
案例一：河南天冠集团有限公司 河南省是全国粮食主产区，产量全国第三位，年 产约4250万吨，仅陈化粮160万吨。南阳市是河南省 粮食主产区，全市粮食产量500万吨左右，并还有不 在粮食计划范围的薯干100万吨以上，原料来源充足。 在燃料乙醇的生产技术上，拥有目前全国最大的 20万吨生产装置（目前，国内无水酒精都是1-5000吨 小装置，许多厂家实际上只是最近才在实验装置上接 触无水酒精），并且拥有目前国际最先进的低成本脱 水技术（通过组团对美考察也可得以验证）
四、实际工程应用 工艺流程图
酶解发酵
添加金属腐蚀 抑制剂、2%5%的汽油
混配
四、实际工程应用
我国燃料乙醇的工业发展现状
代次
产品 原料
第1代燃料乙醇
粮食乙醇 玉米、小麦
第1.5代燃料乙醇
非粮乙醇 木薯、红薯、甜高粱
第2代燃料乙醇
纤维素乙醇 农产品废弃物林产废弃物 • 原材料预处理； • 高效纤维素酶制取； • 将纤维素转化为可发酵 糖； • 糖化发酵制取乙醇的工 艺。 不与人畜争粮、不与粮林 争地、资源丰富 目前尚未普及
四、实际工程应用 案例一：河南天冠集团有限公司
四、实际工程应用 案例一：河南天冠集团有限公司
四、实际工程应用
案例二：山东龙力生物科技有限公司
公司从2005年开始研发纤维素燃料乙醇的生产技 术，经过多年不懈努力，在产品研发、循环经济和 生物质综合利用、产业集群和地域、生产技术等方 面取得了明显的竞争优势，实现了纤维素燃料乙醇 规模工业化生产，被国家发改委列入“高技术产业 化示范工程”，获得2011年国家技术发明奖二等奖。