纤维素生物乙醇生产关键技术
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]。
纤维素燃料乙醇生产的工艺流程
纤维素燃料乙醇生产的工艺流程下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
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纤维素燃料乙醇的生产首先需要准备合适的原料。
生物质纤维素乙醇燃料生产技术开发与应用方案(四)
生物质纤维素乙醇燃料生产技术开发与应用方案一、实施背景随着全球能源需求的不断增长和对非可再生能源的担忧，生物质纤维素乙醇燃料作为一种可再生能源逐渐受到关注。
生物质纤维素乙醇燃料是通过将生物质纤维素转化为乙醇，进而用作燃料。
生物质纤维素是植物细胞壁中最主要的组成部分，其含有丰富的碳水化合物，可以通过生物转化技术将其转化为乙醇。
因此，开发和应用生物质纤维素乙醇燃料生产技术具有重要的意义。
二、工作原理生物质纤维素乙醇燃料生产技术主要包括以下几个步骤：1. 原料处理：将生物质纤维素原料进行预处理，包括研磨、预处理剂添加等，以提高纤维素的可降解性。
2. 纤维素降解：利用酶解技术将纤维素降解为可发酵的糖类物质，如葡萄糖。
3. 发酵：利用适宜的微生物菌株，将糖类物质发酵为乙醇。
4. 分离纯化：通过蒸馏等技术将发酵液中的乙醇纯化、浓缩，得到纯净的乙醇产品。
5. 燃料应用：将生产的乙醇用作燃料，如汽车燃料、工业燃料等。
三、实施计划步骤1. 原料选择：选择适合生物质纤维素乙醇燃料生产的原料，如秸秆、木材废料等。
2. 原料处理技术开发：开发高效的原料处理技术，提高纤维素的可降解性。
3. 酶解技术优化：优化酶解工艺，提高纤维素降解效率。
4. 发酵菌株筛选：筛选出高效的发酵菌株，提高乙醇发酵产率。
5. 乙醇纯化技术研究：研究乙醇纯化技术，提高乙醇产品的纯度。
6. 燃料应用研究：研究生物质纤维素乙醇燃料在不同领域的应用，如汽车燃料、工业燃料等。
四、适用范围生物质纤维素乙醇燃料生产技术适用于各种生物质纤维素原料，如秸秆、木材废料等。
同时，该技术可以应用于不同领域的能源需求，如交通运输、工业生产等。
五、创新要点1. 原料处理技术创新：开发高效的原料处理技术，提高纤维素的可降解性，降低生产成本。
2. 酶解技术优化：优化酶解工艺，提高纤维素降解效率，增加乙醇产量。
3. 发酵菌株筛选：筛选出高效的发酵菌株，提高乙醇发酵产率，缩短生产周期。
燃料乙醇生产方法
燃料乙醇生产方法
燃料乙醇是一种可再生能源，其生产方法主要包括发酵法和乙醇脱水法。
以下将详细介绍这两种主要的燃料乙醇生产方法：
1. 发酵法生产乙醇
发酵法是利用农林业副产物及野生植物等为原料，通过水解（即糖化）和发酵过程将双糖、多糖转化为单糖，然后进一步转化为乙醇。
这一过程包括原料预处理、蒸煮、糖化、发酵、蒸馏、废醪处理等步骤。
具体而言，淀粉在微生物的作用下水解为葡萄糖，随后通过发酵生成乙醇。
发酵法采用各种含糖（双糖）、淀粉（多糖）、纤维素（多缩己糖）的农产品，形成成熟的发酵醪液，其中乙醇质量浓度一般为8-10%（w）。
不同原料导致水解产物中乙醇含量差异，如谷物发酵醪液中乙醇的质量分数不高于12%。
为获取高浓度的乙醇，需要通过蒸馏将发酵醪液中的乙醇蒸馏出来。
这一过程产生高浓度的乙醇，同时副产杂醇油及大量酒糟。
2. 乙醇脱水制得燃料乙醇
脱水技术是燃料乙醇生产的关键技术之一。
从普通蒸馏工段出来的乙醇最高质量浓度只能达到95%，要进一步浓缩，需要采用特殊的脱水方法。
这是因为此时，酒精和水形成了恒沸物，难以用普通蒸馏的方法分离开来。
目前制备燃料乙醇的脱水方法主要包括化学反应脱水法、恒沸精馏、萃取精馏、吸附、膜分离、真空蒸馏法、离子交换树脂法等。
这
些方法通过不同的机制和原理，去除乙醇中的多余水分，提高乙醇的浓度，使其符合燃料乙醇的标准。
综合来看，发酵法和乙醇脱水法是燃料乙醇生产的两种关键方法，它们在不同阶段完成乙醇的生成和浓缩，为燃料乙醇产业的发展提供了可行而有效的技术途径。
纤维素类物质生产乙醇研究进展
１８ ９ ０年 日本开 始制 定生物 质燃料化 ７年研 究开
发计划 ， 投入经费总额达 ２ ０ 日元 ， 中技术开发费 ６亿 其
用达 １４亿 日元 。 日本工业技术研 究院微生物工业 ２ 研 究所从 １７ ９ ９年起 ， 始进行稻 草、 开 废木材 能源化研 究， 目的是 降低成 本 、 进行工业 化生产 ， 现酒 精发酵技
个省试点生物转化燃料 乙醇生产 。 ０ ５ ２ ０ 年颜涌捷教
利用纤维素类物质生产燃料 乙醇仅有 ３ ０多年历史。 １ 国内外研究纤维素类物质生产乙醇现状 由于石 油 危机屡 屡发 生 ， 近年来 ， 以纤维 素类 物 质 为原料 生产 乙醇各种研 究十分活跃 。美国 、 日本、 巴
为用途广 阔能源物 质 ， 将能 有效缓解能源 问题 。国 内
外 对 纤 维 素类 物 质 开 发 利 川 研 究 已有 ６ ０多 年 ， 但研 究
１７ ９ ６年， 巴西为减少对石油依赖 ， 定“ 制 生物能源 计划 ” 用甘蔗汁直 接生产 乙醇作汽 车燃料 。 巴西 “ ， 乙 醇汽油计划”对 ２ ０世纪 ８ 年代 中期世界燃料 乙醇发 ０ 展起到 巨大推动作用 。 目前，巴西 乙醇 年产量达 １ ０ ，０ ０ 万 ｔ几乎 全部作为汽车燃料使 用 。英 、 、 ， 法 印度等国 也 都在 计划生产燃 料 乙醇 。总之 ， 国外 以纤维质为 原 料 生产 乙醇逐步走 向技术成熟和工业化生产阶段 。 我国对 以纤维 质为原料生 产乙醇研究起 步较 晚， 工 艺条件研 究尚不成熟 。 中国科学院 １８ ９ ０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 。２０ 年 ，我国 已有 ３ ０１
纤维素乙醇
纤维素乙醇1. 简介纤维素乙醇是一种来源于植物纤维素的可再生能源。
它是通过将纤维素分解为糖，然后经过发酵和蒸馏等过程得到的乙醇产物。
纤维素乙醇不仅具有良好的环境友好性，还可以替代传统石油乙醇作为汽车燃料和化工原料，具有重要的经济和环境效益。
2. 纤维素乙醇的生产过程纤维素乙醇的生产过程主要包括以下几个步骤：2.1 纤维素的预处理在纤维素乙醇的生产过程中，首先需要对纤维素进行预处理。
预处理的目的是破坏纤维素的结构，使其更容易被酶解成糖。
通常采用的方法包括物理处理和化学处理等。
2.2 纤维素的酶解酶解是将纤维素分解成糖的过程，需要加入特定的酶来进行催化反应。
酶解的条件包括适宜的温度、pH值和反应时间等。
2.3 糖的发酵酶解得到的糖溶液经过发酵过程，糖被微生物转化为乙醇。
常用的发酵微生物包括酵母和细菌等。
2.4 乙醇的蒸馏发酵过程得到的发酵液还含有很多杂质和水分，需要经过蒸馏来提纯乙醇。
蒸馏通常采用多级精馏的方式，使得乙醇的纯度达到要求。
3. 纤维素乙醇的应用纤维素乙醇具有广泛的应用领域：3.1 可再生能源纤维素乙醇作为一种可再生能源，可以替代传统的石油乙醇作为汽车燃料。
它可以降低碳排放和对非可再生能源的依赖，有助于保护环境和推动可持续发展。
3.2 化工原料纤维素乙醇还可用于生产各种化工产品。
通过进一步的化学反应，纤维素乙醇可以被转化为醋酸、乙二醇等化工原料，应用于塑料、纤维和涂料等行业。
3.3 生物医药纤维素乙醇还具有潜在的生物医药应用价值。
纤维素乙醇可以作为药物载体，用于控制释放药物和提高药效，具有良好的生物相容性和降解性能。
4. 纤维素乙醇的优势和挑战4.1 优势纤维素乙醇作为可再生能源，具有以下优势：•可再生性：纤维素乙醇的生产基于植物纤维素，具有可再生性，不会对能源资源造成过度损耗。
•环境友好：纤维素乙醇的燃烧产生的二氧化碳排放量比传统燃料少，对环境影响较小。
•经济效益：纤维素乙醇的生产和利用可以带动相关产业链的发展，对经济增长具有积极的促进作用。
纤维素制备乙醇
纤维素制备乙醇摘要：木质纤维素是地球上最丰富的可再生资源，据测算年总产量高达1500亿吨，蕴储着巨大的生物质能（6.9×1015千卡）。
我国是一个农业大国，作物秸秆(如稻草、麦秆等)的年产量非常巨大(年产可达7亿吨左右，相当于5亿吨标煤)，据统计，目前的秸秆利用率33%，但经过一定技术处理后利用的仅占 2.6%，其余大部分只是作为燃料等直接利用，开发前景非常广阔。
关键字：纤维素 燃料乙醇纤维素原来生产乙醇的过程可以分为两步。
第一步，把纤维素水解为可发酵的糖，即糖化。
第二步，将发酵液发酵为乙醇。
通过发酵法制取乙醇的工艺流程图。
1、木质纤维素的降解技术木质纤维素降解可以采用酸水解和酶水解两条不同的技术路线来实现。
1.1酸水解技术纤维素的结构单位的D-葡萄糖，是无分支的链状分子，结构单位之间以糖苷键结合而成长链。
纤维素经水解后可生成葡萄糖。
纤维素分子中的化学键在酸性条件下是不稳定的。
在酸性水溶液中纤维素的化学键断裂，聚合度下降，其完全水解产物是葡萄糖。
纤维素酸水解的发展已经历了较长时间，水解中常用无机盐，可分为浓酸水解和稀酸水解。
1.2 酶水解技术同植物纤维酸法水解工艺相比,酶法水解具有反应条件温和、不生成有毒降解产物、糖得率高和设备投资低等优点。
而妨碍木质纤维素资源酶法生物转化技术实用化的主要障碍之一,是纤维素酶的生产效率低、成本较高。
目前使用的纤维素酶的比活力较低,单位原料用酶量很大,酶解效率低,产酶和酶解技术都需要改进。
为了满足竞争的需要，生产每加仑乙醇的纤维素酶的成本应该不超过7 美分。
但在目前产酶技术条件下,生产1加仑乙醇需用纤维素酶的生产费用约为30～50 美分。
要实现纤维素物质到再生能源的转化主要有两点：首先可以寻找适合于工业生产的高比活力的纤维素酶。
细菌和真菌产生的纤维素酶均可纤维素 粉碎与混合 酸水解酸回收 预处理 酶水解 发酵 乙醇以水解木质纤维素物质，细菌和真菌中都存在有复杂的纤维素酶水解系统，虽然其水解微晶纤维素的能力非常强，但是由于其复合物的分子量十分巨大，并且单个组份又不具有水解微晶纤维素的能力，所以人们一直试图从其他物种中寻找更符合工业应用以及更具有应用前景的纤维素酶。
纤维素乙醇生产工艺
纤维素乙醇生产工艺纤维素乙醇是一种可再生燃料，可通过生物质材料中的纤维素转化而成。
由于纤维素是植物细胞壁的主要成分，因此纤维素乙醇生产工艺主要涉及纤维素的预处理和生物转化两个步骤。
下面将介绍一种常用的纤维素乙醇生产工艺。
首先，纤维素的预处理是将木质纤维素从生物质材料中提取出来。
这可以通过磨碎、纤维化和蒸煮等方式实现。
首先，生物质材料如玉米秸秆或木材被粉碎成小颗粒以增加表面积。
然后，经过纤维化处理，将材料进一步细化为纤维素纤维。
最后，将纤维素纤维置于高温高压环境下进行蒸煮。
这一步骤中的蒸煮过程有助于分解纤维素颗粒和降低纤维素纤维的结晶度，使其更易于生物转化。
接下来是生物转化步骤，主要包括糖化和发酵两个过程。
首先，经过蒸煮的纤维素纤维被糖化成可发酵的糖分子，例如葡萄糖和木糖。
糖化是通过添加酶来实现的，酶可以将纤维素纤维中的糖链断裂为单糖。
这一过程需要在适当的温度和酸碱度下进行。
接下来，将糖溶液进行发酵，转化为乙醇。
发酵是通过添加酵母等微生物来实现的，它们能够利用糖分子进行代谢并产生乙醇和二氧化碳。
发酵过程需要在适当的温度和pH值下进行，并控制好氧气的供应以维持合适的微生物活性。
生物转化过程中还需要进行废物处理，如处理发酵剩余物和废水。
发酵剩余物可以通过压榨和干燥等方式得到固体废物，并可以用作饲料或肥料。
废水则需要经过处理，以达到环境排放标准。
最后，乙醇产物需要经过蒸馏和精炼等步骤进行纯化。
这些步骤包括蒸馏、脱水、分离等操作，可以将乙醇纯度提高到适用于工业和交通领域的要求。
总而言之，纤维素乙醇生产工艺主要包括纤维素预处理和生物转化两个步骤。
通过这些步骤，纤维素可以被转化为可再生的乙醇燃料，并且废物可以得到有效处理，从而实现了可持续发展的目标。
纤维素乙醇作为一种绿色能源，具有巨大的潜力在减少对化石燃料依赖和减少温室气体排放方面发挥重要作用。
乙醇的制备pdf
技术概况第二代生物乙醇是指相对于玉米乙醇（第一代生物乙醇）而言，以生物质（农林作物废料，即木质纤维素）为原料生产的生物乙醇，包括纤维素乙醇和纤维乙醇的制备 ------第二代生物乙醇素生物汽油两种产品。
技术原理1. 纤维素乙醇目前已经建有示范装置和工业装置的纤维素乙醇生产技术有以下4种： a. 硫酸/酶-水解发酵技术首先把生物质原料用酸分解为半纤维素糖浆（木糖和其他5碳糖）和纤维渣（纤维素和木质素），二者分离以后糖浆用专用的酵母发酵为稀乙醇，纤维素用工业酶分解并发酵为稀乙醇，最后通过蒸馏得到燃料级纤维素 乙醇。
生物质残渣用作锅炉燃料生产工艺用蒸汽。
b. 硫酸水解-发酵技术用浓硫酸作催化剂，把纤维素和半纤维素原料转化为葡萄糖和木糖，收率是用稀硫酸和酶水解的1.5-3.0倍。
首先把原料干燥到水分少于10%，然后与75%的浓硫酸接触，在85℃左右和常压下蒸煮30min，再把水解得到的6碳糖、5碳糖与酸和木质素及其他固体物分离。
木质素和其他固体物用作锅炉燃料生产工艺用蒸汽和工厂用电。
约98%的酸和100%的糖在模拟移动床色谱分离器中回收。
酸循环使用，糖通过酵母连续发酵转化为乙醇(6碳糖100%转化，5碳糖20%转化)。
该工艺的关键技术一是用浓硫酸进行水解，二是用色谱分离回收酸，而不是中和并处理废料。
c.酸水解-发酵-酯化-加氢技术1—生物质：硬木、软木、柳枝草、玉米秸秆；2—化学分级分离；3—糖液；4—发酵；5—乙酸；6—生产酯；7—乙酸乙酯；8—乙酸乙酯外销；9—加氢；10—乙醇外销；11—氢气；12—气化；13—残渣去气化以废木材等为原料，通过酸水解得到葡萄糖和木糖溶液，然后用乙酸菌发酵把糖转化为乙酸，接着再酯化得到乙酸乙酯，乙酸乙酯（全部或部分）加氢得到乙醇。
氢气由酸水解得到的木质素气化生产。
由于用乙酸菌发酵把所有糖都转化为乙酸，不产生CO和其他副产物，因此碳没有2损失。
常规工艺是通过酵母发酵生产乙醇，每生产1个分子乙醇放出1个分子CO。
纤维素乙醇
纤
维
素
在植物细胞壁中，纤维素分子聚集成微纤维，包埋在 果胶物质、半纤维素和木质素等组成的基质中，每个微纤 维中一般含葡萄糖残基6000~12000个，并且形成网状结 构，纤维素分子本身的致密结构及由木质素和半纤维素形 成的保护层造成纤维素不容易降解而难以被充分利用，也 不能被大多数生物直接作为碳源利用。天然的纤维素由排 列整齐而规则的结晶区和不规则、松散的无定形区构成， 结晶度一般在30％～80％。据统计，全球每年通过光合作 用产生植物物质有1．55x109t，其中有大部分尚未被合理 利用。我国约有一半以上的农林废弃物在田间地头被白白 烧掉。全世界每年因农林废弃物焚烧不仅造成直接的经济 损失达数十亿元，而且焚烧产生的大量浓烟及排放的很多 有害气体污染了环境，对气候、生态都造成了严重的影响 。因此，研究纤维素生物转化方法，合理利用能源具有重 要意义。
该 模型认为纤维素大分子折叠起 来并沿纤维束轴排列，折叠起 来的分子形成一个薄片，构成 纤维束的基本单位；结晶区和 前一个模型相似；在纤维素分 子链中有一部分并没有折叠起 来，而是单股松散地依附在相 邻2个片状结晶体上；片状组织 分子链折叠部位的糖苷键与直 链上的糖苷键在结合强度上不 同，折叠部位的结合强度弱； 纤维素分子的无定形区在片状 组织的两端，而结晶区在片状 组织的中心部位。
生产工艺
纤 维 质 原 料 生 产 乙 醇 工 艺
纤维素水解发酵工艺
生物质合成气发酵工艺
生产工艺
预处理（去除阻碍水解和发酵的物质）：
技术难点； 成本高
纤维素原料（主成分：纤维素、半纤维素、木质素 ）
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 。
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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 淀粉和纤维素都是由葡萄糖组成的多分子高聚体。
但是淀粉和纤维素的葡萄糖分子的结构不相同，如图1所示。
淀粉容易生物化学分解，但是纤维素大分子是由葡萄糖脱水，通过B一1，4葡萄糖苷键连接而成的直链结晶性聚合体。
在常温下不发生水解，高温下水解也很缓慢。
另外，纤维素生物质中半纤维素由不同类型的单糖构成的异质多聚体，包括木糖、阿伯糖、甘露糖和半乳糖等。
半纤维素木聚糖在木质组织中约占总量的20％～40%，它结合在纤维素微纤维的表面，并且相互连接（如图2）。
其三，草本和木质纤维素表面因为酚类聚合物木质素的存在，更加难以分解。
因此从纤维素生物质转化为酒精，由于半纤维素和木质素的存在，普通的发酵法不能够顺利完成生物酒精的生成[12-14]。
图 2 纤维素、半纤维素和木质素图 1.2 纤维素生物酒精生产过程及有待解决的问题 从纤维素生物质转化为生物酒精的整个加工过程，如图3所示，大致可以分为六个过程。
首先是生物质的收集、水分调节和粉碎；然后是生物酒精生成过程，包括前处理、糖化、发酵和脱水；比如采用进行水热处理、碱化或微生物处理等的前处理措施来使纤维素易于糖化分解；其次，纤维素和半纤维素的糖化处理；接着采用酵母等微生物作用，产生酒精的过程，即发酵过程；然后，进行酒精和水分离，蒸馏脱水过程，完成生物酒精的生成；最后，废水和废弃物处理。
1.2.1 生物质利用 世界上对生物质的种类开发[21]和数量估算[9-10]等研究比较多，但关于生物质利用收集运输[22]等相关研究不是太多。
很多研究者提出了生物质收集的问题，但没有进行较深入的研究。
主要存在以下问题：1）季节性和地域性强；2）能量密度低；3）输送成本高。
1.2.2 前处理、糖化技术开发 现在研究集中在生物酒精的转化过程中前处理分离木质素、纤维素糖化技术的开发和提高发酵效率[12-16]。
按前处理技术分类，可以分为：1）物理方法（粉碎、爆碎和水热处理等）；2）化学方法（酸处理、碱化处理）；3）微生物方法（酵素、微生物菌类利用）。
同样按糖化技术可以分为三类：：1）物理方法（水热处理等）；2）化学方法（酸处理）；3）微生物方法（酵素、微生物菌类利用）。
按照前处理和糖化综合技术可分成6大类，对比结果如表1。
其中前5种方法，基本完成实验研究，处于应用初试阶段，但可以看出各种方法各有优点和缺点，在现有的工艺条件下，还没有最佳的生产工艺；微生物菌处理+微粉碎+酵素法是虽然处理速度慢，但能量效益和转化效果有望比较理想，环境负荷特低，所以前景最好，但各阶段都处于开发中。
总体上，尚未有最佳的纤维素生物酒精的加工工艺。
图 3 生物酒精生产过程方法处理速度能量效率转化效果环境负荷浓硫酸法快好一般非常高二段稀硫酸法快一般差高加压热水法非常快一般非常差低稀硫酸+酵素法慢好较好高微粉碎+酵素法慢不好较好低微生物菌处理+微粉碎+酵素法慢良好（期待中）较好低表 1 前处理糖化方法比较 1.2.3 发酵过程 如图4所示，三种转化过程。
图4 酒精生成流程图 1）传统方法：即纤维素酶法水解与乙醇发酵分步进行，水解和发酵都在最合适的温度下进行，但在酶解过程中分解糖没有利用反而反馈抑制酶的活性。
2）同时糖化和发酵：同时糖化和发酵即纤维素酶解与葡萄糖的乙醇发酵在同一个反应器中进行，酶解过程中产生的葡萄搪被微生物所迅速利用，解除了葡萄糖对纤维素酶的反馈抑制作用，提高了酶解效率。
要求纤维素酶生产成本和周期的降低，能同时发酵五碳糖和六碳糖的转基因酵母，优化的预处理手段以及连续工艺的开发和使用；但存在水解和发酵所需的最佳温度不能匹配。
3）基因转化微生物直接生成：通过某些微生物的直接发酵可以转换为酒精。
要求微生物既能产生纤维素酶系水解纤维素又能发酵糖产生乙醇。
此方法不需添加额外的酶，但后者需要酶基因的转入，是一种有前景的方法。
1.2.4 蒸馏、脱水 在这个环节主要要提取高度酒精，去水化；在此过程中主要要注意减少能源消耗。
1.2.5 废水、废物处理 减少环境污染，提高废弃物利用，开发肥料、饲料和燃料利用，并力求低能源消耗和低成本。
2 关键技术讨论 2.1 生物质收集区域规划和机械化开发图5 生物质作业机械 要使生物酒精工业工厂化生产，首先保证充足的生物质原料；将分散性、季节性和区域性强的生物质进行收集，各个地区的生物质种类及数量、质量都是不相同的，因此进行区域规划，来有效实现区域作业。
如美国NREL研究得出50Km 范围内所消耗的能量和成本是比较合适的 [23] 。
其次是大力开发生物质收集机械自动化，可以提高生产率，减少成本和解决季节性强等要求。
如图5，稻杆作业机械。
2.2 酒精转化新研究技术分析 综合前处理糖化和发酵三种转化过程，酸化转化过程比较简单，但生成后的废物、废水处理造成的环境负担并不符合未来的发展方向；如图6所示理想的纤维素生产生物酒精的过程[21, 25]。
图 6 最佳转化技术 在此过程中，主要是前处理加热或酸化处理中，容易产生芳香族化合物等抑制物质[24]；纤维素酶的利用率低[25]等主要问题，主要解决办法包括： 1）试图从其他物种中寻找更符合工业应用以及更具有应用前景的纤维素酶，提高酶的适应性，加快水解效率和增强耐热性能。
2）应用微生物酶工程技术，通过分子演化和设计来提高酶的功能性；通过强化的低成本发酵来生产酶制剂；通过基因工程途径构建生产纤维素酶提高酶活性。
主要包含三个研究方向：(a)根据对纤维素结构和催化机理的研究，合理地设计每一种纤维素酶；(b)对纤维素酶的定向进化，根据随机突变或分子重组的方法筛选改造后的纤维素酶；(c)重组纤维素酶体系，提高纤维素对不溶性纤维素的水解速率或程度。
3）通过智能控制技术对酶解/发酵过程进行智能化在线监控，可以实时精确地优化动态反应条件,提高酶解/发酵效率。
4）研究开发适合该体系的高效生物反应器和建立描述反应动力学的数学模型对提高效率、掌握过程的机理及指导过程放大都将有重要的意义。
5）开发节能浓缩、脱水装置，开发膜分离精馏技术。
2.3 废水、废物处理 完成酒精转化后，废水、废物处理是容易忽视的研究内容；为了不增加二次环境污染，这个环节必须而且要对纤维素生物酒精的生命周期评价起较重要的作用，因此，必须考虑作为燃料能源利用，肥料开发和排水处理。
3 结 论 纤维素生物质作为生物酒精原料，在转化成生物酒精的六个过程中，由于纤维素生物质的分散性和不连续性，使生物质收集方式的改变能有效减少生物酒精转化成本[18-19]；前处理中，纤维素表面包围的木质素的脱离和分离技术，是纤维素生物质转化生物酒精的关键问题之一[14]；糖化过程中，设法高速分解纤维素结晶体；发酵工程中，开发半纤维素高效发酵的微生物和转化生物酒精的微生物；膜分离脱水技术等高浓度酒精分离技术；除此之外，生物酒精的品质规格及计量标准以及对社会、环境和经济的综合调查也是有待研究的课题。
随着生物化学、分子生物学以及基因工程等多种交叉学科的快速发展，不久将来纤维素生物酒精会实现工业化，有效解决世界上燃料不足的难题。
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