非粮燃料乙醇发展综述

收稿日期：2009-03-24作者简介：柳羽丰（1976-），工程师，1999年毕业于东北林业大学，环境工程专业，一直从事质量监督工作。

文章编号：1002-1124（2009）07-0053-03Sum 166No.07化学工程师ChemicalEngineer2009年第7期在现代工业迅速发展的今天，随着能源供需矛盾日趋突出,全世界许多国家纷纷投资进行生物能源的开发利用,使得燃料乙醇的生产和技术研发工作日益受到人们的青睐。

作为可以替代石油的绿色能源、可再生能源、清洁能源，燃料乙醇具有抗爆性能好、燃烧完全、尾气排放量少等优点。

“十一五”期间，为了消化陈化粮，从2000年起中国正式启动了燃料乙醇的生产与试用工作。

生产企业主要以玉米、小麦等陈化粮为生产原料,年生产能力为137万t 左右。

现今陈化粮已消耗殆尽、燃料乙醇年需求却增长至500万t ，燃料乙醇生产企业的原料供应已经开始出现缺口。

与此相映的是,由于近年来中国人口与城镇发展、道路与厂矿建设，灾毁耕地以及生态建设的退耕等多方面原因，造成1997～2008年中国的耕地面积整体呈持续减少。

而2000～2008年中国粮食年总需求量均高于年总产量，预计2010年后粮食缺口量将达到3500万t ，国内粮食生产与粮食需求之间的矛盾已日益突出。

1发展非粮燃料乙醇的必要性在燃料乙醇的生产中，原料成本占燃料乙醇生产成本的70%～80%，它直接关系到企业的生产效益，也关系到中国燃料乙醇产业未来发展的走向。

从可持续发展和能源安全的角度看,我国需要加快生物质燃料乙醇的开发,从国家粮食安全的角度考虑,我们不能把玉米、小麦等主要粮食作物大量用于燃料乙醇的生产，而是要突破以玉米、小麦等陈化粮为生产原料的瓶颈，寻找适合燃料乙醇生产发展所需要的非粮其他原料。

2007年我国出台的《生物燃料乙醇暨车用乙醇汽油中长期发展规划》明确提出发展生物燃料产业必须坚持非粮原料路线。

因此，合理开发利用廉价、原料供应充足、发展潜力较大的生物资源,尤其是以非粮高淀粉、糖类、纤维质等原料来生产生燃料乙醇,成为一个兼顾能源安全、粮食安全,促进环保、助农增收等多重目标与保证中国燃料乙醇生产的健康、可持续发展的好课题。

真正作到不与人争粮，不与粮争地，不破坏环境的发展原则。

这就需要加大原料多元化探索和实践,积极稳步推进目前以木薯、甜菜、甜高粱及纤维质为原料的非粮乙醇试点。

2生产技术分类目前，世界燃料乙醇生产技术按原料分为3类：（1）以玉米等为原料的淀粉类技术；（2）以甘蔗、甜菜等为原料的糖蜜类技术；（3）以农、林废弃物等非粮燃料乙醇发展综述柳羽丰，王滨生，王佳祥（黑龙江省质量监督检测研究院，黑龙江哈尔滨150050）摘要：本文分析了中国发展非粮燃料乙醇的原因及必要性，介绍燃料乙醇生产技术分类，国内外燃料乙醇生产研究发展概况，指出从长远来看，生产纤维质原料燃料乙醇是解决非粮燃料乙醇发展的根本出路。

关键词：燃料乙醇；非粮原料；淀粉；糖质；纤维质中图分类号：TQ214；TQ517.2文献标识码：ADeveloping summarization on non-food-based biomass ethanol fuelLIU Yu-feng ，WANG Bin-sheng ，WANG Jia-xiang（Quality Supervision and Testing Institute of Heilongjiang Province ,Harbin 150050，China ）Abstract:Causes and necessities of the development of on non-food-based biomass ethanol fuel are ana －lyzed,technical classification for the production of ethanol fuel,domestic and external research development indoor is presented.From a long-term point of view,fundamental way-out lies in developing fibre-based biomass for the non-food-based ethanol production .Key words:ethanol fuel ；non-food-based biomass ；starch ；saccharic ；fibre为原料的纤维素类技术。

前两种国外技术已十分成熟，巴西的甘蔗乙醇生产效率最高，成本最具竞争优势。

美国的玉米乙醇生产成本也远低于中国。

中国的玉米乙醇虽已进入规模化生产，但我国现阶段粮食类淀粉质原料生产燃料酒精的生产成本仍很高，美国乙醇生产成本只有2770元·t-1，而国内乙醇生产成本为3671元·t-1(以玉米为原料)，所以必须依靠国家的财政补贴，才能维持燃料酒精生产装置的运行。

2008年，国家对吉林燃料乙醇有限责任公司、河南天冠集团、黑龙江华润金玉集团燃料酒精生产的实际补贴平均高达2300元·t-1。

木薯淀粉乙醇和甜高粱乙醇还处于试验示范阶段。

中国不仅在燃料乙醇生产技术上与国外有较大差距，在燃料乙醇使用技术上如灵活燃料的研发，燃料乙醇副产品的综合利用技术上，也落后于国外。

从世界范围来看，其中60%为甘蔗或甜菜原料，33%为以玉米为原料。

而我国地少人多，生产燃料乙醇所需粮食和经济作物原料有很大的局限性，主要以玉米、小麦淀粉为生产原料，目前，我国燃料乙醇生产以玉米为原料占总原料的70%，原料结构单一。

近年来，高产的能源作物作为现代生物质能资源己引起广泛关注。

根据中国土地资源和农业生产的特点，应合理选育和科学种植能源植物，如甘蔗、木薯、甘薯、马铃薯、甜高粱等，并大力发展非粮原料生物质能资源，为燃料乙醇生产提供可靠的原料保障。

目前，非粮原料主要集中在淀粉类、糖类、纤维质等原料。

淀粉类原料：主要包括玉米、木薯、甘薯、马铃薯、菊芋等薯类作物。

该类作物作为生产燃料乙醇的替代原料已引起世人的关注。

此类作物的最大特点为耐瘠薄、单位面积产量高、淀粉含量高。

内蒙古、新疆、黑龙江，是马铃薯的主要生产基地，可重点发展以马铃薯为原料的燃料乙醇，逐步代替玉米燃料乙醇。

西南、长（珠）江中下游地区由于其独特的气候，是种植木薯、甘薯的首选地区。

近年来，中国木薯、甘薯的主产区，已逐步建成以木薯、甘薯为原料的燃料乙醇试生产厂。

以菊芋为原料生产燃料乙醇仍处于实验研究阶段。

芋头、葛根、耶路撒冷菜蓟等淀粉类原料正逐渐引起世人的重视。

3国内外生产研发概况目前，加拿大Iogen公司在纤维乙醇技术开发，尤其是纤维素酶技术开发方面居世界领先地位，荷兰的皇家壳牌公司(Royal Dutch Shell)是其主要战略合作者。

该公司计划投资约3125亿美元，到2008年建成世界第一座工业规模纤维乙醇综合厂，其秸秆纤维年加工能力约710×105t,可生产燃料乙醇约116×105t。

除此之外,美国(NREL、Muscel、Shoals、Alabama)、瑞典Etek Etanolteknik AB、法国( Souston)、奥地利(Linz)和日本(TSK,Tokyo)等地均已建立了中试生产线。

美国通用汽车公司(GE)、德国大众公司(Volkswagen)和日本丰田公司(Toyota)也正在建设纤维素乙醇装置。

中国纤维质资源丰富，秸秆年总量约7亿t，林木废弃物约2亿t。

尽管农作物秸秆以及林业加工废弃物等纤维素资源的总体数量很大,但其实分布零散,当实际应用于工业生产时,此类原料的供应、收集、贮存和运输都存在一定的问题,会直接影响到燃料乙醇的生产成本。

因此,要充分结合这些纤维素资源的区域性分布情况,通过严密的技术经济论证,精心规划燃料乙醇生产的企业布局和企业生产规模。

另外受制于纤维质原料预处理技术、纤维素酶生产技术、乙醇发酵菌株等一系列关键技术的制约，使得以纤维质原料生产燃料乙醇一直未能产业化。

纤维素乙醇作为未来的发展方向，是中国生物质能源的最终解决方案之一。

在国家“863计划”、国家自然科学基金以及大型乙醇生产企业的资助下，清华大学、山东大学、华东理工大学、河南农业大学、中国科学院过程所、浙江大学等单位就利用纤维质原料来生产燃料乙醇已进行了许多研究，取得了一批阶段性成果。

我国有关秸秆生产乙醇(纤维乙醇)的科研报道较多,但能够形成中试生产线的较少。

目前，能形成生产线的有：河南农业大学的玉米秸秆生产燃料乙醇的工艺已在河南天冠集团进行了中试，天冠集团在2006年9月底已进行了年生年3000t纤维乙醇生产厂的奠基；吉林燃料乙醇有限公司已和华东理工大学就建立年产3000吨纤维乙醇的合作达成协议，并启动了项目实施；中国科学院过程工程所已在山东建立了年产3000t的纤维乙醇示范工程；中粮集团在清华大学的技术支持下已经在黑龙江肇东投资建设了一个500t的试验装置，并且已经投入生产。

目前，河南天冠集团、安徽丰原集团以及黑龙江肇东的中粮集团等,其整体工艺水平与国外技术有一定的距离,乙醇成本高达6 000元左右。

4结论54柳羽丰等：非粮燃料乙醇发展综述2009年第7期!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!由图4可见，相对于PURE来说，TCB催化剂在400～600nm波长范围内很明显有相对强的吸收。

这可能是由于C掺杂降低了TiO2禁带宽度，Bi则维持着体系的电荷平衡，Bi和C的协同效应有利于价带和导带之间的电子转移，从而提高了光催化效率，这一点与我们的降解实验结果相一致。

另外从图4上还可以看出，样品TCB吸收带边稍有蓝移现象，这可能是由于晶体粒度小（见表1），量子尺寸效应相对明显造成的[13]。

3结论结合溶胶凝胶法和高温陈化法，我们成功合成了Bi，C共掺杂的TiO2纳米粉体，用UV-vis、XRD、BET对样品进行了结构方面的表征，并考察了掺杂比、煅烧温度等对催化剂光催化活性的影响。

结果表明，结合溶胶-凝胶法和高温陈化法，以钛和吡啶摩尔比为1∶6、500℃煅烧得到的Bi，C共掺杂TiO2催化剂活性最佳，在可见光区域降解靛红溶液效果最好。

虽然元素共掺杂的协同效应机理还没有统一具体的说法，但今后溶胶-凝胶法必将成为TiO2共掺杂制备方面的焦点。

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