纤维素燃料乙醇研究进展
乙醇的生产及应用研究进展
乙醇的生产及应用研究进展乙醇是具有燃烧完全、效率高、用途广等特点的可再生能源。
本文简要综述了生产乙醇的几种新技术，主要包括以玉米、小麦等为原料的淀粉类技术、以甘蔗、甜菜等为原料的糖蜜类技术及以农、林废弃物等为原料的纤维素类技术；较详细地阐述了乙醇在医药、食物、燃料、饮料、化工等领域的应用研究。
最后，展望了乙醇的应用发展前景。
标签：乙醇生产应用进展面对化学能源短缺以及使用化学燃料导致的大气污染、酸雨、温室效应等一系列环境问题，人类已着手开发用包括核能、风能、太阳能、氢能、生物质能源在内的各种绿色替代能源。
在生物质能源中，作为替代性再生能源之一的乙醇，具有燃烧完全、效率高、无污染等特点，因此具有巨大的发展潜力。
世界重要经济体近30 年来大力发展燃料乙醇，美国、巴西走在世界前列，两国燃料乙醇产量占世界的69%以上。
现阶段我国生产燃料乙醇的原料以玉米为主（占50%以上），其次是薯类（占23%），其余是高粱、小麦、糖蜜等。
乙醇除了做燃料，还有许多其它用处，如：作为有机合成的原料；各种化合物结晶的溶剂；洗涤剂；萃取剂；食用酒精可以勾兑白酒；用作粘合剂；硝基喷漆、清漆、化妆品、油墨、脱漆剂等的溶剂以及农药、医药、橡胶、塑料、人造纤维、洗涤剂等的制造原料；还可以做防冻剂、消毒剂等。
一、乙醇的生产技术1.淀粉类技术—玉米乙醇技术美国具有比较成熟的由玉米制备乙醇的技术，主要有两种传统方法，一是湿法碾磨。
美国约40%的乙醇用湿法碾磨生产。
将玉米浸泡在具有二氧化硫的水中24h至36h，使籽粒能分离（Separate）成为四个组成部分：胚、蛋白质、纤维质和淀粉。
分离反应出现后，淀粉就发酵成乙醇，而剩下的三种组分则作为诸如玉米面筋粉和玉米面筋饲料等副产品出售。
这些都是被看作比较值钱的副产品。
二是干法粉碎。
干法粉碎总共约占美国乙醇生产的70%。
加工随着玉米被精细碾磨并被烧煮开始，淀粉被发酵并转化为乙醇，而玉米的三个不能发酵的部分（蛋白质、纤维质和脂肪）则被运送经过这个过程，并作为一种称作带可溶物的干酒糟（distillers dried grains with solubles）DDGS的饲料产品，在结束时回收。
以纤维素类物质为原料发酵生产燃料乙醇的研究进展
燃料乙醇项 目也在积极的筹备之中。
植物 的秸杆 、 叶等纤 维物 质是 地 球 上最 枝
工业上， 纤维素经酸解 、 碱解或酶解预处理后 ， 释放出的葡萄糖可进入乙醇发酵途径。产纤维 素酶的微生物有真菌、 酵母菌和细菌。目前， 人 们研究最多且最有工业应用前景的是木糖发酵 产 乙醇 的微 生 物， 管 囊 酵 母 （ ａｈｓ ｅ 有 Ｐ ｃｙｏ ｎ ｌ
主要包括各种有机 酸 、 、 醛类 醇类化合物 以及一 些无 机离子等 。
导致乙醇产率低； ②纤维素发酵速度慢 ， 容积生
产力 低 ； ③终 产物 乙醇 和有 机酸对 细胞 有相 当
大 的毒性 。
纤维素的酒精发酵传统上以酸法水解工艺
（ ８） ７
利用混合 菌直 接发 酵 ， 能解 决酒 精 产率 不
间， 提高了生产效率， 但存在一些如糖化和发酵
温度不协 调等抑制 因素 。 张继 泉等 ６作 了有关 玉 米 秸 杆 同时糖 化 ＿
间接法 即糖化 、 发酵二段 发酵法 ， 它是用纤 维素酶 水解纤 维 素 ， 收集 酶解后 的糖 液作 为酵 母发酵 的碳 源 ， 是 目前 研 究 最 多 的一 种 方 也 法ｌ 。为 了克 服乙醇产物 的抑 制 ， ｌ 必须不 断地
耐 酸耐压设备 和解 决水解产物对发酵微生 物的 “ 毒性 问题” 。碱 水解也存在着与酸水解 同样 的
问题 。
２ 以纤维 素 类物质 为原 料发 酵 生产燃
料 乙醇 的工艺
２ １ 预 处 理 ．
苗 Ｉ
近年来 ， 纤维 素 酸解产 物毒 性 问题 的 对于 研究取得 了一定 的进展＿ 。 在 ， １ 。现 。 基本上 明确 了这种毒性是来 源于酸解过程 中产生 的一些有
纤维素乙醇的发展前景
纤维素乙醇的发展前景摘要：林业生物质中所储存生物质能的利用与转化对于解决世界性的环境污染和能源危机等问题具有十分重要的意义。
针对木质纤维素的特性，分析了国内外纤维素乙醇的研究现状及发展前景，指出纤维素乙醇工业目前存在的主要问题。
虽然由于受工艺和纤维素自身特点的限制，纤维素乙醇还没能真正工业化生产，但生物燃料无异是解决未来能源危机的答案之一。
对人类而言，捕捉和利用太阳能一直有着浪漫、强烈的吸引力。
生物质(包括所有的动植物和微生物)通过光合作用，能够把太阳能转化成的化学态能量，即生物质能，是太阳能的一种表现形式，是唯一一种可再生的碳源，包括生物柴油、生物乙醇、生物颗粒燃料、生物基化工产品等。
生物质能的原始能量来源于太阳，生物质能够像化石能源一样生产塑料、液体燃料和化工原料等产品，这是其他能源无法比拟的。
近一二十年来，不论是在实验室，还是在股票市场，生物燃料异常炙手可热。
石油资源的有限和温室效应的压力让人们对它寄予厚望。
和其他能源原料相比，植物生长迅速，消耗大气中的二氧化碳，把碳和太阳能转化为稳定的碳氢化合物，有望部分替代化石资源的传统燃料和化学品，从而实现能源的再生和可持续发展。
但和太阳能电池相比，它们储存太阳能的能力很低，即使是密集种植的植物，仅能到达1~2W/m2(在大气层顶，太阳光在其垂直方向的功率大约是1500W/m2)。
尽管植物不太可能成为全球能源问题的完全答案，但生物燃料的再生性不会额外排放二氧化碳，在能源紧缺、原油价格高涨的情况下，具有着实质性的潜力。
燃料乙醇即在这种背景之下成为各国争相研发的焦点领域。
1燃料乙醇的现状近年来，世界各国发展生物燃料雄心勃勃，在生物能源领域发展力度最强的品种是谷物基乙醇，但是其代价则是全球粮价飙升，而大豆、玉米和小麦将首当其冲。
在吃不饱或吃不好的情况下，把粮食转化为燃料在伦理上是进退两难的选择。
生产燃料乙醇消耗的玉米数量在2006年已占玉米总产量的12%。
燃料乙醇的生产进展和应用
燃料乙醇的生产进展和应用摘要：乙醇是我国现今比较新型的一种节能燃料，其在使用过程中不会对环境构成严重的污染，不过在乙醇制备过程中，由于其需求量较大，在制备过程中会涉及到化学工程的使用，这就需要工作人员熟练的掌握化学工程的内容和操作，明确其中的重点事项，以确保燃料乙醇制备的有效性。
讨论了目前其发展趋势和应用，旨在为燃料乙醇生产的产业化、经济化及可持续化发展提供相关的理论依据。
关键词：燃料乙醇；生产技术；应用一、燃料乙醇生产工艺概述燃料乙醇的生产方法主要分为化学法和生物法，化学法主要是乙烯路线和合成气路线，生物法主要是生物质原料通过水解发酵等工艺转化燃料乙醇，也称为生物乙醇。
生物发酵法是目前制取燃料乙醇最主要的方法。
生物乙醇的生产工艺主要取决于所采用的生物质原料，不同生物质原料的乙醇生产工艺不尽相同。
例如，利用含淀粉的生物质材料生产乙醇时，碾磨、液化以及糖化工艺必不可少；利用木质纤维素类生物质生产乙醇时，预处理和水解为常用工艺；而用糖类物质生产乙醇时，碾磨、预处理和糖化工艺步骤就不需要进行。
此外，如果在反应过程混入了有毒物质，还需考虑添加解毒工艺。
二、燃料乙醇生产进展状况按照技术和工艺的发展进程，目前业界一般将燃料乙醇分为以下几类：以玉米、小麦等粮食作物为原料的第 1代粮食乙醇；以木薯、甘蔗、甜高粱茎秆等经济作物为原料的第 1.5代非粮乙醇；以玉米芯、玉米秸秆等纤维素物质为原料的第 2 代纤维素乙醇以及以微藻中碳水化合物为原料的第3代微藻乙醇。
第 1 代和第1.5 代燃料乙醇均属于淀粉基乙醇。
第2 代纤维素乙醇使用纤维素物质为原料，经预处理后通过高转化率的纤维素酶，将原料中的纤维素转化为可发酵的糖类物质，然后经特殊的发酵法制造燃料乙醇，在技术上同粮食乙醇和非粮乙醇存在较大的差别，在原料上也脱离了农作物的范畴，而利用玉米芯、玉米秸秆等农林废弃物，充分发掘生物质资源的价值，目前是燃料乙醇的新兴研究方向，并且已有国内企业规模化量产。
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第二级反应器主要降解难降解的纤维素，水解后剩余的残渣主 要是木质素，水解液中和后送入发酵罐进行发酵。
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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。
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• 与目前的广被接受的SSF相比，直接发酵产乙醇有着独 特的优势: • 首先，此举似乎比基因工程菌更值得研究。一方面前者 不需添加额外的酶，而后者需要酶基因的转入；另一方面前 者既可发酵六碳糖又可利用五碳糖，后者则需重组质粒，而 基因工程菌共同的致命弱点是遗传稳定性差，目前还很难解 决。
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1、木质纤维素的降解技术
技术路线： 酸水解 酶水解
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1.1 酸水解技术
在酸水解工艺中，可以使用盐酸或硫酸，按照使用酸的 浓度不同可以进一步分为浓酸水解和稀酸水解。
法国早在1856 年即开始用浓硫酸水解法进行乙醇生产， 浓酸水解过程为单相水解反应,纤维素在浓酸作用下首先溶解, 然后在溶液中进行水解反应。
• 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)。
纤维燃料乙醇生产中木糖发酵的研究进展
纤维燃料乙醇生产中木糖发酵的研究进展曹秀华;阮奇城;林海红;胡开辉;孙淑静;祁建民【摘要】木糖是木质纤维质水解产物中含量仅次于葡萄糖的单糖,由半纤维素水解生成.研究表明,将本质纤维素原料中的木糖发酵生成乙醇,可提高纤维燃料乙醇的转化效率25%左右.天然菌种在发酵过程中具有副产物多、乙醇得率低、易污染、耐乙醇能力差等缺点,难以工业化应用.近年来许多研究者构建了可以高效代谢五碳糖和六碳糖的基因重组菌.虽然这些重组菌株在木糖转化酒精方面均显示出良好的应用前景,但仍存在诸多问题.本文介绍了近年来代谢工程改造微生物菌种发酵木糖生产酒精的研究进展,以期为利用农作物秸秆转化燃料乙醇研究提供参考依据.【期刊名称】《中国麻业科学》【年(卷),期】2010(032)003【总页数】5页(P166-169,182)【关键词】纤维燃料乙醇;木糖;发酵;代谢工程【作者】曹秀华;阮奇城;林海红;胡开辉;孙淑静;祁建民【作者单位】福建农林大学教育部作物遗传育种与综合利用重点实验室,福州,350002;福建农林大学教育部作物遗传育种与综合利用重点实验室,福州,350002;福建农林大学教育部作物遗传育种与综合利用重点实验室,福州,350002;福建农林大学教育部作物遗传育种与综合利用重点实验室,福州,350002;福建农林大学教育部作物遗传育种与综合利用重点实验室,福州,350002;福建农林大学教育部作物遗传育种与综合利用重点实验室,福州,350002【正文语种】中文【中图分类】TQ92农作物秸秆是一种具有多用途的可再生生物资源，也是地球上最丰富的有机物质之一。
我国是一个农业大国，农作物秸秆数量大、种类多、分布广，长期以来则作为主要燃料或废弃、焚烧。
严重污染了大气环境，制约了农村经济可持续性发展。
能源危机已迫在眉睫，开发可再生能源已成为我国必须面对的重要课题。
以淀粉类和糖类为原料生产燃料乙醇，考虑到粮食安全，已被叫停。
以农作物纤维素类生产燃料乙醇，适应我国国情发展方向。
生物质纤维素乙醇燃料生产技术开发与应用方案(二)
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传统化石燃料的限制，生物质纤维素乙醇作为一种可再生、清洁的燃料逐渐受到关注。
然而，目前生物质纤维素乙醇生产技术仍面临着诸多挑战，如原料成本高、生产效率低等问题。
因此，开发一种高效、低成本的生物质纤维素乙醇生产技术，具有重要的现实意义和广阔的市场前景。
二、工作原理：生物质纤维素乙醇燃料生产技术的工作原理主要包括生物质预处理、纤维素降解、糖化、发酵和乙醇分离等环节。
首先，通过物理、化学或生物方法对生物质进行预处理，去除其中的非纤维素成分，以提高纤维素降解效率。
然后，利用酶或酸碱等方法将纤维素降解为可发酵的糖类物质。
接下来，将糖化产物进行发酵，利用适当的微生物将糖转化为乙醇。
最后，通过蒸馏等分离技术将乙醇从发酵液中分离出来，得到纯度较高的乙醇产品。
三、实施计划步骤：1. 研究生物质纤维素乙醇生产技术的最新进展和研究成果，明确技术瓶颈和改进方向。
2. 设计并建立生物质预处理、纤维素降解、糖化、发酵和乙醇分离等关键环节的实验室规模试验装置。
3. 优化各环节的操作条件和工艺参数，提高生物质纤维素乙醇生产效率。
4. 进行中试规模的生产实验，验证技术的可行性和稳定性。
5. 在实际工业生产中应用该技术，进行规模化生产，并进行经济效益评估。
四、适用范围：生物质纤维素乙醇生产技术适用于利用各类植物纤维素作为原料，如农作物秸秆、木材废弃物、蔗渣等。
同时，该技术也适用于不同规模的生产，从实验室规模到工业化规模均可实施。
五、创新要点：1. 针对生物质纤维素乙醇生产过程中的瓶颈问题，采用先进的预处理技术，提高纤维素降解效率。
2. 优化发酵过程中的微生物菌种选择和培养条件，提高乙醇产量和发酵效率。
3. 引入高效的分离技术，提高乙醇的纯度和回收率。
六、预期效果：1. 提高生物质纤维素乙醇的生产效率，降低生产成本。
2. 减少对传统化石燃料的依赖，推动可持续发展。
纤维素生产酒精
天然纤维素生产酒精的研究进展秸杆的主要成分是木质纤维素。
是纤维素、半纤维素和木质素混合在一起的材料。
用木质纤维素作为糖源生产燃料酒精，目前糖的利用和转化率还很低，通常只有百分之十几。
在秸秆中纤维素、半纤维素和木质素通过共价键或非共价键紧密结合而成的木质纤维，占秸杆总重量的约70-90 ％左右。
植物中三者各占的比例随不同来源的植物或植物的不同部分而有所区别，大概的比例数字为：纤维素30-50%半纤维素20-35%木质素20-30%灰份0-15%其实纤维素的非结晶结构是很容易被打破的，它可以完全降解成葡萄糖，后者是发酵乙醇的原料。
目前遭遇的主要问题是，纤维素的结晶结构难以被破坏，致使人们无法完成后续处理。
纤维素和半纤维素被难以降解的木质素包裹，使得纤维素酶和半纤维素酶无法接触底物，这构成了木质纤维素利用的重大障碍。
只有经过有效的预处理方法，破坏了木质纤维素的高级结构，实现纤维素酶和半纤维素酶对纤维素的可及性，才能使木质纤维素作为自然界里最大宗的资源，像淀粉一样被人和动物完全利用。
纤维素被纤维素酶水解的反应通常又称为糖化反应，水解的主要产物是单糖。
植物细胞壁中，纤维素被半纤维素和木质素通过物理和化学作用所包裹，不利于纤维素酶对纤维素的进攻。
木质素是由苯基丙烷聚合而成的一种非多糖物质。
由芳香烃的衍生物以-C-C-键、-0-键纵横交联在一起，其侧链又与半纤维素以共价键结合，形成一个十分致密的网络结构，将纤维素紧紧包裹在里面。
所以，要彻底降解纤维素，必须首先降解木质素。
未经预处理的植物纤维原料的天然结构存在许多物理和化学的屏障作用，纤维素酶水解得率低，仅为10%- 20%禾本科植物秸秆含有的半纤维素一般为木聚糖，占干重的25－30％。
半纤维素能被木聚糖酶(xylanase , EC3 2. 1. 8)――半纤维素酶，降解成木糖。
天然半纤维素水解产物的85-90%是木糖。
以植物纤维素原料中的木糖发酵生产酒精，能使纤维素原料的酒精发酵的产量在原有的基础上增加25%。