木质纤维素类生物质制备生物乙醇进展
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。而根据IEA的预测，2030年中国需要12.4EJ 的交通运输液体能源[1]。如果能够充分利用木质纤维素生物质，提高转化技术，生成酒精，中国可以足够满足运输能源的需求。通过转化生成生物酒精使用是中性碳排放过程，减少温室气体排放，有利于环境和资源的平衡利用。 世界上纤维素生物质转化生物酒精的技术基本上处于研究阶段[11-15]。我国在纤维素生物质转化生物酒精的技术方面起步较晚，还是处于初步研究阶段[16-17]。本文主要对纤维素生物质生物酒精生产过程中关键技术进行简要分析，指出存在的难点和可能性的解决方法以便进一步深入研究。 1 纤维素生物酒精生产 1.1 纤维素生物质作为生物酒精原料的特征 糖类和淀粉转化酒精的工程通过发酵，在世界上已经实用化；草本纤维素和木材纤维素转化酒精正处于实用化过程研究阶段。从生物质转化为生物酒精的容易程度来比较可以得出：糖类 > 淀粉 > 草本纤维素 > 木材纤维素[4] 。 淀粉：葡萄糖分子同序排列 纤维素：葡萄糖分子交错排列 图1 淀粉和纤维素分子简图
木质纤维素处理转化为乙醇的研究进展
木质纤维素处理转化为乙醇的研究进展 潘春雷081143020 生科制药班摘要：木质纤维素是廉价易得，来源广泛的生物质，将其转化为生物无污染的，可再生的乙醇燃料具有很好发展前景。本文介绍了对木质纤维素的物理处理，物理化学处理，化学水解处理，生物处理的方法。 关键词：木质纤维素，乙醇，处理方法。 研究背景：目前世界温室效应及能源危机日益上升，人们在不断地寻找一种可再生的污染小的能源。各国将焦点放在乙醇的生产上。乙醇可以从粮食以及木质纤维素的发酵中得到，但由于全球仍然面临粮食危机，所以研究的焦点转到了对纤维素的处理上。纤维素原料是地球上产出量很大的可再生资源,其来源包括树木的枝叶、农作物的秸秆等, 据估计木质纤维素原料占世界生物质量(100 亿～500 亿t)的50 %【1】在整个生态系统的能量循环中有重要地位。在近几年的生态环境调查中表明农作物秸秆大多被焚烧，以获得钾肥，但此做法不仅污染了环境，而且浪费了资源，开发以木质纤维素为原料制备乙醇的工艺是未来工业燃料生产的发展方向。 1、木质纤维素生物质的主要成分 木质纤维素物质的主要组成是纤维素、半纤维素和木质素，纤维素和半纤维素可通过处理得到糖类。纤维素是由葡萄糖分子通过高度脱水缩合连接而成的高分子聚合物，纤维素的水解产物是葡萄糖单体。半维素也是生物高聚物，是由各种不同糖基组成的，主要是六碳糖和五碳糖，在特定条件下可以水解成单糖。木质素是由苯丙烷结构单体组成的天然高分子化合物，在细胞壁中起支撑和把纤维素和半纤维素结合起来的作用，但是木质素不能水解为单糖。 2、木质纤维素的预处理技术 （1） 物理处理方法 常见处理方法是机械破碎法、液相热水处理法等。其优点在于处理方便，装置简单，且处理过程中产生的污染小，但物理法处理要很高的能量, 如电能和热能，所以会增加生产成本。 机械破碎法：通常木质纤维素经碾碎处理后的原料大小通常为10～30 mm, 而经粉碎、研磨之后的原料颗粒大小一般为0.2～2 mm。粉碎处理的方法中, 以研磨中的球磨尤其是振荡球磨的效率高【2】。但是粉碎法耗能大, 粉碎处理耗能占整个过程总耗能的一半以上。而且该方法也不能适合所有的物质处理【3】所以此种物理处理方法不是很常用。 液相热水处理法：水在强的外界压力下能够渗透到木质纤维素的细胞结构中，从而达到水解纤维素和消除半纤维素的目的。原因是水使得离子化合物电离并溶解半纤维素。相对于化学预处理法, 液态热水法具有以下优点:①不使用酸碱类化学物质, 所以不需使用化学药品进行各种复杂 耗时的准备阶段的处理, 对于反应设备无特别严格的抗碱耐酸要求，从而降低了成本，获得更高的经济利益。②在进行液相热水处理法之前, 无需对物料进行降低颗粒大小的粉碎处理,相对于机械破碎法，反应能耗较少③水解产物中中性残余物数量极少, 几乎不产生对发酵有抑制作用的副产品, 对纤维素和半纤维素的下一步化学或生物水解处理不会产生不良的影响【4】。 （2）物理化学法 物理化学法预处理主要包括蒸汽爆裂、氨纤维爆裂、CO2 爆裂等。蒸汽爆裂法是使高温蒸汽与生物质混合,经计算预定好的时间后迅速打开阀门降压,水蒸气提供了一个强有力的热量载体,可使原料快速升温而不至于使生成的糖受到太强的稀释作用。在减压时，喷射出的蒸汽和液化物质由于压力降低而迅速放热，温度降低。该预处理方法可以使高压蒸汽可渗入纤维内部,最终以气体的形态从封闭的细胞膜和细胞壁中爆发出来,使纤维发生一定的物理断裂，于此同时,高温高压加剧了纤维素内部氢键的破坏和顺序构型的变化,得到了可以构成糖的官能团,促进半纤维素和
木质纤维素生物炼制
实验名称：木质纤维素生物炼制 一、摘要 生物炼制是利用农业废弃物、植物基淀粉和木质纤维素材料为原料，生产各种化学品、燃料和生物基材料。根据近来研究开发的不同情况，生物炼制分为木质纤维素炼制、全谷物炼制和绿色炼制。本实验属木质纤维素炼制，这是利用自然界中干燥的原材料如含纤维素的生物质和废弃物作原料进行的生物炼制。生物炼制大幅扩展可再生植物基原材料的应用，使其成为环境可持续发展的化学和能源经济转变的手段。纤维素生物转化燃料乙醇对解决当前世界能源危机、粮食短缺和环境污染等问题具有重要意义，已成为当前研究的热点。 二、实验目的、原理 2.1实验目的 本课程的目的是在生物反应器工程国家重点实验室生物炼制微型工厂公共平台实验室通过进行以类似工厂化的木质纤维素生物炼制流程操作，以玉米秸秆为起始原料经过典型的生物炼制过程生产燃料乙醇。通过对玉米秸秆的预处理和预处理效果评价以及玉米芯残渣的酶解制糖过程，使学生理解生物炼制工程的基本原理在科学研究和工业生产上的应用，掌握生物炼制工程的基本实验流程和技能，学会正确使用生物炼制专用仪器，观察记录实验数据，并对实验结果进行分析讨论。 2.2实验原理 高温稀酸预处理原理：玉米秸秆主要由大分子聚合物纤维素、半纤维素和木质素组成，而且在长期进化过程中演化出了对周围环境、生物酶、病虫害等具有极强生物抵抗性的致密结构。在高温的酸性环境中，可以促使半纤维素快速降解，破坏木质素的结构和纤维素的晶体结构，提高玉米秸秆中纤维素的酶解转化率。 预处理效果评价及玉米芯残渣糖化原理：在纤维素酶的作用下，将预处理后玉米秸秆中的纤维素/玉米芯残渣中的纤维素组分酶解生成葡萄糖。 三、实验材料、方法 3.1原材料与纤维素酶 原料：含有木质纤维素的生物质样品：外地产农作物玉米秸秆，用烘箱烘干后备用，采
纤维素制取乙醇技术
纤维素制取乙醇技术 1引言 能源和环境问题是实现可持续发展所必须解决的问题。从长远看液体燃料短缺将是困扰人类发展的大问题。在此背景下，生物质作为唯一可转化为液体燃料的可再生资源，正日益受到重视。所以生物质制液体燃料的技术很有发展前途，这中间又以生物质制燃料乙醇技术备受关注。 现有工业化燃料乙醇生产均以糖或粮食为原料[1，2]，其优点是工艺成熟，但是产量受原料的限制，难以长期满足能源需求；从长远考虑，以纤维素(包括农作物秸秆、林业加工废料、甘蔗渣及城市垃圾等)为原料生产燃料乙醇，可能是解决原料来源和进行规模化生产的主要途径之一。 我国有发展纤维素制乙醇的有利条件，每年仅农作物秸秆就有7亿多吨(干重)[3]，而我国粮食资源并不丰富，因此将农林废弃物转化为燃料乙醇，形成产业化利用，非常适合我国的国情，从能源安全角度上看也是十分有利的，而且可消除由焚烧秸秆造成的环境问题。 2纤维素制取乙醇基本原理[4] 纤维素废弃物的主要有机成分包括半纤维素、纤维素和木质素3部分。前二者都能被水解为单糖，单糖再经发酵生成乙醇，而木质素不能被水解，且在纤维素周围形成保护层，影响纤维素水解。 半纤维素是由不同多聚糖构成的混合物，聚合度较低，也无晶体结构，故较易水解。半纤维素水解产物主要是木糖，还包括少量的阿拉伯糖、葡萄糖、半乳糖和甘露糖，含量因原料不同而不同。普通酵母不能将木糖发酵成乙醇，因此五碳糖的发酵成为研究的热点。 纤维素的性质很稳定，只有在催化剂存在下，纤维素的水解反应才能显著地进行。常用的催化剂是无机酸和纤维素酶，由此分别形成了酸水解和酶水解工艺，其中的酸水解又可分为浓酸水解工艺和稀酸水解工艺。纤维素经水解可生成葡萄糖，易于发酵成乙醇。 木质素含有丰富的酚羟基、醇羟基、甲氧基和羰基等活性基团，可以发生氧化、还原、磺甲基化、烷氧化和烷基化等改性反应。通过木质素改性和综合利用，可提取许多高附加值的化学产品，为提高木质纤维素生产燃料乙醇的经济性开辟了新的途径，日益受到科技工作者的重视[5，6]。 3纤维素生产乙醇工艺 3.1水解工艺 3.1.1浓酸水解 浓酸水解在19世纪即已提出[7]，它的原理是结晶纤维素在较低温度下可完全溶解在硫酸中，转化成含几个葡萄糖单元的低聚糖。把此溶液加水稀释并加热，经一定时间后就可把低聚糖水解为葡萄糖。 浓酸水解的优点是糖的回收率高(可达90%以上)，可以处理不同的原料，相对迅速(总共10-12h)，并极少降解[8]，但对设备要求高，且酸必须回收。 图1为Arkenol公司的浓酸水解流程[9]。该流程中对生物质原料采用两级浓酸水解工艺，水解中得到的酸糖混合液经离子排斥法[10]分为净化糖液和酸液。糖液中还含有少量酸，可用石灰中和，生成的石膏在沉淀槽和离心机里分离。分离得到的稀硫酸经过脱水浓缩后可回到水解工段中再利用。华东理工大学开发了双极膜电渗析法分离水解液中的糖和酸，同时对水解液的无机酸和有机酸进行回收。 通过实验验证了使用双极性膜电渗析法进行生物质水解液的糖酸分离在技术上是可行的[11]。 据Arkenol公司中试装置的实验结果[9]，该水解工艺可得12%-15%浓度的糖液，纤维素的转化率稳定在70%，最佳条件下可达到80%，酸回收率也可达到97%。
白蚁及共生微生物木质纤维素水解酶的种类
白蚁及共生微生物木质纤维素水解酶的种类 3 相 辉 周志华 33 (中国科学院上海植物生理生态研究所 上海 200032) Lignocellulolytic enzymes in termite and its symbiotic microbes .XI ANG Hui ,ZH OU Zhi 2Hua 33 (Shanghai Institute o f Plant Physiology and Ecology Chinese Academy o f Sciences ,Shanghai 200032,China ) Abstract T ermites are im portant decom posers of lignocellulose in tropical ecosystems.They com prise a com plex assemblage of diverse species ,roughly divided into s o 2called lower and higher termites with different phag ous characters.T ermites can produce their own endoglucanases (EG )of G HF9,as well as glucosidase.Protistan symbiotic system of lower termite degrades cellulosic com pounds with high efficiency.Diverse lignocellulolytic enzymes are found in this system including G HF5,7and 45.Other related functional genes may include xylanase and pectinolytic related enzymes.Higher termites don ’t harbor flagellate.Fungus 2growing termites efficiently decom pose lignocellulose through their symbiotic relationship with basidiomycete fungi of the genus T ermitomyces.The symbiotic fungi produce cellulose ,xylanase and putative pectinolytic enzymes.They als o produce laccase which might be related to lignin degradation.H owever ,on m olecular level ,studies on lignocellulolytic emzymes of symbiotic fungi are relatively few.Many lignocellulolytic bacteria strains were is olated from termite guts ,divers cellulose genes were als o found recently.Lignocellulolytic enzymes in termite and its symbiotic systems may have potentials for the idea of cellulosic ethanol production by biological process. K ey w ords termite ,symbiotic flagellate ,fungi ,bacteria ,lignocellulolytic enzymes 摘 要 白蚁是热带生态系统重要的木质纤维素降解者。白蚁种类丰富,可分成高等白蚁和低等白蚁,食性也具有各自特点。白蚁自身可以产生纤维素酶,主要是G HF9的内切葡聚糖酶(EG ),也有β-葡萄糖苷酶(G B )。低等白蚁共生的原虫中已发现丰富的纤维素酶基因,属于G HF5,7和45。同时还有其他相关功能基因,如木聚糖酶和果胶类物质水解酶。高等白蚁肠道中没有共生原虫。高等培菌白蚁可以利用共生蚁巢伞属真菌促进木质纤维素降解,真菌可以产生纤维素酶,果胶质水解酶类、木聚糖酶,同时还产生可能与木质素分解相关的一种漆酶,但是从分子水平,关于共生真菌纤维素水解酶的研究还较少。白蚁肠道已分离出许多具有木质纤维素降解能力的菌株,最近的研究也发现了大量细菌纤维素酶基因。白蚁-共生系统丰富的木质纤维素水解酶类为发展生物方法开发纤维素乙醇这一思路提供有价值的资源。 关键词 白蚁,原生动物,真菌,细菌,纤维素水解酶 3中国科学院知识创新工程重要方向项目(K SCX22Y W 2G 2 022);中科院上海生命科学院优秀青年人才领域前沿项目(2007KIP501)。 33通讯作者,E 2mail :zhouzhihua @https://www.360docs.net/doc/b917168843.html, 收稿日期:2007212229,修回日期:2008203213 地球上的生物质资源主要来自光合生物,其中90%以上为木质纤维素类物质,它们代表了生态系统中营养金子塔的最庞大的基层 [1] 。 天然的木质纤维素材料含有纤维素、半纤维素和木质素等。其中纤维素是地球上最丰富的多糖物质,这类物质是植物细胞壁的主要成分,也是地球上最廉价的可再生资源。纤维素是葡萄 糖分子通过β-葡萄糖苷键连接而成的大分子多糖类物质。天然的纤维素是由多条纤维素分 子链所组成的聚合物,有着复杂的超分子结构。 半纤维素是一种碱溶性的多糖,包括木聚糖、木葡聚糖和愈创葡聚糖,其中木聚糖是最丰富、分布最广的一类。木质素是一种复杂的不溶性酚
纤维素乙醇技术
生物能源新突破——纤维素乙醇技术 作者：康泰斯 关键字：纤维素乙醇，康泰斯，生物能源 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。 被纤维素乙醇技术，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。
木质纤维素预处理方法的研究进展
木质纤维素预处理方法的研究进展 摘要:概述了几种比较实用的木质纤维素预处理技术,总结了各种预处理技术的方法?原理以及优缺点,进而对木质纤维素预处理方法的发展前景进行了展望? 关键词:木质纤维素;预处理方法;研究进展 Research Advances of Pretreatment Technology of Lignocellulose Abstract: Some practical pretreatment technologies of lignocellulose were briefly introduced, including the main methods, principles, advantages and disadventages. And the development prospect of pretreatment technology of lignocellulose was put forward. Key words: lignocellulose; pretreatment method; research progress 随着世界经济的不断发展和石油资源的日益消耗,开发更加长久有效的能源是各国面临的一个巨大难题?作为一种可再生能源,生物质能源是中国能源可持续发展的必然战略选择之一?利用木质纤维素生产生物乙醇?丁醇等生物质燃料是生物质能源开发的重要内容?我国天然纤维素原料非常丰富(包括农作物秸秆?林业副产品?城市垃圾和工业废弃物等),利用生物技术分解和转化木质纤维素既是资源利用的有效途径,对于解决环境污染?食品短缺和能源危机又具有重大的现实意义? 1 木质纤维素的结构 木质纤维素是指以纤维素?半纤维素和木质素为主要成分的原料,3种成分在植物原料中的含量分别为35%~50%?15%~25%和15%~30%?纤维素是聚合度在 1 000~10 000的葡萄糖的线性直链聚合物,由结晶相和非结晶相交错形成,结晶相结构致密,阻碍纤维素的分解?半纤维素结构较纤维素简单,主要是由木糖?阿拉伯糖等戊糖及少量的葡萄糖?甘露糖和半乳糖等己糖形成的直链或支链聚合物,在适宜的温度下易于溶解在稀酸溶液中并降解成单糖?木质素是一种由苯丙烷结构单体组成的具有复杂三维结构的芳香族高聚物,在植物结构中发挥胶粘作用,将纤维素和半纤维素紧密结合在一起,增大茎秆的机械强度,起到木质化作用,阻碍微生物对植物细胞的攻击,同时减小了细胞壁的透水性?纤维素和半纤维素作为可酵解糖类,占原料总重的65%~75%[1]? 2 预处理的目的 木质纤维素的转化利用可分为原料预处理?酶水解和糖发酵3个阶段,主要的技
生物质乙醇技术以及发展前景
生物质乙醇技术 随着全球变暖、化石能源日渐消耗等，引发了人们对新型、可再生能源的深刻思考。如巴西、美国、中国等国正积极开发、利用生物质燃料乙醇生产技术。但如果一如既往以大量粮食生产燃料乙醇势必和人“争食”、“争地”，造成人类生存隐患，走“非粮”路线是大势所趋。其中，纤维素地球贮量丰富，其能量来自太阳，通过光合作用固定下来，取之不尽，用之不竭，各国正如火如荼地进行着相关研究。 乙醇的结构简式为C2H5OH，俗称酒精，它在常温、常压下是一种易燃、易挥发 的无色透明液体，它的水溶液具有特殊的、令人愉快的香味，并略带刺激性。乙 醇的用途很广，可用乙醇来制造醋酸、饮料、香精、染料、燃料等。医疗上也常 用体积分数为70%——75%的乙醇作消毒剂等。 一生物质能源的发展前景 随着中国经济的高速增长，以石化能源为主的能源消费量剧增，在过去的20多年里，中国能源消费总量增长了2.6倍，对环境的压力越来越大。2003年，中国二氧化碳排放量达到8.23亿吨，居世界第二位。2025年前后，中国二氧化碳排放量可能超过美国而居首位。2003年，中国二氧化硫的排放量也超过了2000万吨，居世界第一位，酸雨区已经占到国土面积的30%以上。中国二氧化碳排放量的70%、二氧化硫排放量的90%、氮氧化物排放量的2／3均来自燃煤。预计到2020年，氧化硫和氮氧化物的排放量将分别超过中国环境容量30%和46%。根据我国的可持续发展战略，生物质能源的发展具有良好的发展前景。 二生物质能源的介绍 2.1生物质 生物质( biomass，生态学中常译为生物量)是在讨论生物能源( bioenergy) 时常用的一个术语,指地球上所有活的和死的生物物质以及新陈代谢产物的总 称。具体来说,生物质资源( biomass resources)包括:所有动物和植物及其排泄
中国纤维素乙醇市场调查与发展前景研究报告(2015版)
深圳市深福源信息咨询有限公司 客服电话：400-001-7350据国际能源署 (IEA)统计，截至目前共有102 个纤维素项目，有3个示范项目已运转，8个项目在建，预计至2016 年将有15 个项目投产。 2013年美国使用30%的玉米生产了3 949 万t 燃料乙醇，使美国石油对外依存度降低6%，降低汽油消费价格0.5?1.5 美元/加仑，燃料乙醇替代了源于4.62 亿桶原油精炼的汽油，这些原油相当于美国从委内瑞拉和伊拉克进口量的总和，燃料乙醇行业创造8.6 万个直接工作岗位、30 万个间接就业岗位和440 亿美元GDP，上缴83 亿美元税收，对农业纯收入贡献1 310 亿美元。预计2014 年全球纤维素乙醇产能将超过30 万t/年。2014年美国将有6 个纤维素乙醇工厂完成建设。 另据不完全统计，目前我国纤维素乙醇产能12.5万吨/年，而真正规模量产的纤维素乙醇产能仅6万吨。 第一章纤维素乙醇概述 第一节简介 一、定义 二、工艺流程 第二节发展历史 第二章2013-2014年全球纤维素乙醇行业发展现状分析 第一节 2013-2014年全球纤维素乙醇发展概况 第二节 2013-2014年全球主要国家纤维素乙醇行业发展情况分析 一、美国 二、法国 三、德国 四、巴西 第三节2013-2014年国际纤维素乙醇研究政策、规划与行动 一、美国 1、纤维素乙醇路线图 2、国家生物能源行动计划 3、美国复兴与再投资计划 4、美国清洁能源与安全法案 5、美国纤维素乙醇研发的其他资助计划 6、美国在建的纤维素乙醇项目 二、加拿大 三、欧盟
深圳市深福源信息咨询有限公司 客服电话：400-001-7350 四、瑞典 五、其他国家 1、日本 2、西班牙 3、印度 第三章 2013-2014年中国纤维素乙醇行业市场动态分析 第一节2013-2014年中国纤维素乙醇市场分析 第二节纤维素乙醇市场规模 一、2013-2014年中国纤维素乙醇产能统计分析 二、2011-2014年中国纤维素乙醇产量统计分析 第三节 2011-2014年中国纤维素乙醇销量分析 第四节 2013-2014年纤维素乙醇产业化进展分析 第四章2013-2014年国内外纤维素乙醇行业发展对比分析 第一节2013-2014年纤维素乙醇行业发展分析 一、2013-2014年全球纤维素乙醇行业发展分析 二、2013-2014年国内纤维素乙醇行业现状分析 第二节2013-2014年纤维素乙醇市场现状 一、市场概述 二、市场规模 第三节2013-2014年纤维素乙醇行业国内与国外情况对比分析 一、燃料乙醇国内外对比 二、纤维素乙醇行业国内外对比 第五章2013-2014年纤维素乙醇产品制造技术工艺发展 第一节行业技术发展分析 一、纤维素乙醇技术发展现状 二、2013-2014年纤维素乙醇研究新进展 第二节纤维素乙醇研究进展与关键技术分析 第三节技术发展趋势 一、纤维素乙醇研发值得关注的问题与新兴技术 二、中国纤维素乙醇的发展潜力 三、针对纤维素乙醇发展的前景分析与争议 第六章2011-2013年中国纤维素乙醇行业主要数据监测分析 第一节 2011-2013年行业偿债能力分析 第二节2011-2013年行业盈利能力分析 第三节 2011-2013年行业发展能力分析 第四节 2011-2013年行业企业数量及变化趋势 第七章2013-2014年纤维素乙醇行业竞争分析 第一节行业集中度分析 第二节行业竞争格局 第三节区域竞争格局 第八章2013-2014年中国纤维素乙醇企业竞争策略分析
生物燃料乙醇
生物燃料乙醇 汽车，第二次工业革命的重要发明，它为人类社会的物质运输提供了重要的保障，推动了历史的进程。从发明的第一辆蒸汽汽车到现在的柴油、汽油汽车，其动力来源都是三大化石能源，然而，从不断上涨的国际油价可以清楚的认识到，汽车所依靠的化石能源特别是石油正日益枯竭，因此，在我们还无法人工合成烃类燃料的情况下，我们只能将目光转向大自然，利用植物来生产燃料替代品或部分替代品，而在这方面，生物燃料乙醇则有希望大规模的开发和利用起来，以缓解汽车燃料紧缺的现状。 生物乙醇是指通过微生物的发酵将各种生物质转化为燃料酒精。它可以单独或与汽油混配制成乙醇汽油作为汽车燃料。而生产燃料乙醇所需要的原产料，则主要分为糖质原料、淀粉质原料、纤维素原料和其他原料，在这其中，糖质和淀粉质的来源主要是粮食作物如甘蔗、玉米等，但粮食并不是每个国家都富裕到能拿来大规模生产燃料的，例如像我们这样的人口大国。其他原料则主要指的是如造纸厂的硫酸盐纸浆废液、淀粉厂的甘薯淀粉渣和马铃薯淀粉渣等，而这种原料的来源本身也就决定了其不能够拿来大规模生产，因此，我们现在的目光主要放在了纤维质原料上。纤维素是生物界最重要的碳源物质，每年由光合作用产生的植物干质量约220亿t，其中纤维素占50%，所以，纤维质原料具有数量多的特点，而有关纤维素的酵解问题，也成为了世界各国科学家所关注的焦点。 纤维素在最近几年为大家认识和接受，因为其现在被定位为人体所需要的第七大营养物质。虽然，纤维素无法为所吸收，但它可以促进人体的肠道蠕动，促使粪便较快的排出，减少致癌物与肠壁的接触时间，从而达到降低肠癌发生率。纤维素虽然无法被人体分解并吸收，但食草动物如牛羊等则可以将其分解并吸收，并且，作为大自然的分解者，分解微生物也可以将纤维素分解。而另外一方面，利用物理方法或传统的化学工艺则无法很好有效的将纤维素分解并进一步利用，而这也是纤维素拿来利用生产燃料乙醇的难点。 纤维素之所以难降解，是由于其拥有稳定的结构。纤维素是由吡喃葡萄糖以β-1，4-糖苷键连接成的线性大分子多聚物，纤维二糖是其基本单元，纤维素分子表面平整，易于长向伸展，加上吡喃葡萄糖环上的侧基，十分利于氢键的形成，使这种带状、刚性的分子链聚集在一起，成为结晶性的原纤维结构。纤维素主要有结晶区和非结晶区两部分，前者结构稳定，微生物降解十分困难；后者纤维素结构比较疏松，很易被微生物降解。纤维素分子链结晶区有氢键，是造成纤维素难以被利用的根本原因。而纤维素如此稳定的结构，也为植物的生存提供了有力保障【1】。 关于纤维素的降解机理研究有很多，而比较著名的有1950年Reese等人提出的C1-C X假说，该学说认为，C1酶首先作用于结晶纤维素，使形成结晶结构的纤维素链开裂，长链分子的末端
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。 传统的生物乙醇生产技术使用淀粉质和糖质原料作为生产原材料。由于国际油价和粮价高涨，包括玉米乙醇燃料在内的以粮食为原料的生物燃料产业在全球各地备受争议。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。在中国，纤维素乙醇也将是实现2020年燃料乙醇利用1000万吨的目标的主要方向，具有至关重要的地位。目前全球已形成纤维素乙醇开发热。业界预计，该产业在全球有着750亿美元的市场规模。国内外的公司纷纷投巨资进入这一领域，争取技术有所突破，占领制高点。 作为纤维素乙醇领域研发的领头羊之一，康泰斯(Chemtex)及其母公司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，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
再生生物质制备燃料乙醇的研究进展
Sustainable Energy 可持续能源, 2015, 5(6), 69-75 Published Online December 2015 in Hans. https://www.360docs.net/doc/b917168843.html,/journal/se https://www.360docs.net/doc/b917168843.html,/10.12677/se.2015.56009 文章引用: 徐蕾, 孟永斌, 张子东, 刘英, 张莹, 孟庆焕, 聂思铭, 路祺. 再生生物质制备燃料乙醇的研究进展[J]. 可 Research Progress in the Preparation of Fuel Ethanol from Renewable Biomass Lei Xu 1,2, Yongbin Meng 1,2, Zidong Zhang 1,2, Ying Liu 1,2, Ying Zhang 1,2, Qinghuan Meng 1,2, Siming Nie 1,2, Qi Lu 1,2 1 National-Local Joint Engineering Laboratory for Ecological Use of Biological Resources, Harbin Heilongjiang 2Key Laboratory of Forest Plant Ecology of Ministry of Education, Northeast Forestry University, Harbin Heilongjiang Received: Dec. 9th , 2015; accepted: Dec. 23rd , 2015; published: Dec. 30th , 2015 Copyright ? 2015 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). https://www.360docs.net/doc/b917168843.html,/licenses/by/4.0/ Abstract Cellulose is one of the most widely used renewable resources in the world. In this article, we re-viewed the research progress of cellulose as raw materials to develop the alternative energy sources, and focused on the research progress and development trend of cellulose enzymatic hy-drolysis and ethanol production. In this paper, the latest development of cellulosic ethanol is re-viewed, and the application of cellulose in the preparation of fuel ethanol is described. Keywords Cellulose, Ethanol, Fuel, Enzymolysis 再生生物质制备燃料乙醇的研究进展 徐 蕾1,2，孟永斌1,2，张子东1,2，刘 英1,2，张 莹1,2，孟庆焕1,2，聂思铭1,2，路 祺1,2* 1 生物资源生态利用国家地方联合工程实验室，黑龙江 哈尔滨 2 东北林业大学森林植物生态学教育部重点实验室，黑龙江 哈尔滨 收稿日期：2015年12月9日；录用日期：2015年12月23日；发布日期：2015年12月30日 *通讯作者。
生物质中纤维素、半纤维素和木质素含量的测定
生物质中纤维素、半纤维素和木质素含量的测定 一实验目的 1.掌握生物质中主要化学成分含量的经典分析方法和原理。 2.了解纤维素、半纤维素以及木质素这三种主要化学成分在生物质热裂解中的作用。 二实验原理 植物的主要化学成分是纤维素、半纤维素和木质素这三部分。它们是构成植物细胞壁的主要组分。其中，纤维素组成微细纤维，构成纤维细胞壁的网状骨架，而半纤维素和木质素是填充在纤维和微细纤维之间的“粘合剂”和“填充剂”。 1.纤维素 生物质粉末在加热的情况下用醋酸和硝酸的混合液处理，在这种情况下，细胞间的物质被溶解，纤维素也分解成单个的纤维，木质素、半纤维素和其它的物质也被除去。淀粉、多缩戊糖和其它物质受到了水解。用水洗涤除去杂质以后，纤维素在硫酸存在下被重铬酸钾氧化成二氧化碳和水。 C6H10O5 + 4K2Cr2O7 + 16H2SO4 = 6CO2 + 4Cr2(SO4)3 + 4K2SO4 + 21H2O 过剩的重铬酸钾用硫酸亚铁铵溶液滴定，再用硫酸亚铁铵滴定同量的但是未与纤维素反应的重铬酸钾，根据差值可以求得纤维素的含量。 K2Cr2O7 + 6FeSO4+ 7H2SO4 = 3 Fe2(SO4)3 + Cr2(SO4)3 + K2SO4 + 7H2O 2.半纤维素 用沸腾的80％硝酸钙溶液使淀粉溶解，同时将干扰测定半纤维素的溶于水的其它碳水化合物除掉。将沉淀用蒸馏水冲洗以后，用较高浓度的盐酸，大大缩短半纤维素的水解时间，水解得到的糖溶液，稀释到一定体积，用氢氧化钠溶液中和，其中的总糖量用铜碘法测定。 铜碘法原理：半纤维素水解后生成的糖在碱性环境和加热的情况下将二价铜还原成一价铜，一价铜以Cu2O的形式沉淀出来。用碘量法测定Cu2O的量，从而计算出半纤维素的含量。 测定还原性糖的铜碱试剂中含有KIO3和KI，它们在酸性条件下会发生反应，也不会干扰糖和铜离子的反应。加入酸以后，会发生反应释放出碘： KIO3 + 5KI +3H2SO4 = 3I2 + 3K2SO4 +3H2O 加入草酸以后，碘与氧化亚铜发生反应： Cu2O + I2 + H2C2O4 = CuC2O4 + CuI2 + H2O 过剩的碘用Na2S2O3溶液滴定：2Na2S2O3 + I2 = Na2S4O6 + 2NaI 3.木质素 先用1％的醋酸处理以分离出糖、有机酸和其它可溶性化合物。然后用丙酮处理，分离叶绿素、拟脂、脂肪和其它脂溶性化合物。将沉淀用蒸馏水洗涤以后，在硫酸存在下，用重铬酸钾氧化水解产物中的木质素： C11H12O4 + 8K2Cr2O7 + 32H2SO4 = 11CO2 + 8K2SO4 + 8Cr2(SO4)3 + 32H2O 过量的重铬酸钾用硫酸亚铁铵溶液滴定。方法和测定纤维素相同。 三实验所需试剂和仪器 1. 实验试剂 硫酸亚铁铵分析纯，重铬酸钾分析纯，硫代硫酸钠分析纯， 硝酸钙分析纯，硫酸铜分析纯，碘化钾分析纯， 可溶性淀粉分析纯，氯化钡分析纯，邻菲啰啉分析纯，
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。进行了该技术项目的工业性试验，现已在上海郊区集贤建成了年产燃料乙醇600t的实验装置。中国科学院过程工程研究所已在山东泽生生物科技有限公司建立了年产3000t秸秆酶解发酵燃料乙醇产业化示范工程。河南天冠集团用秸秆生产乙醇的年产300t乙醇的中试