第二代生物燃料-纤维素乙醇汇总
大力发展“第二代生物燃料”
合 作 经 济组 织 指 导办 公 室 ，辽 宁省 等 地 则建 立农 民专 业合 作 社 发 展联 席 会议 制 度 。 我 国 目前 农 民
专业合作社 已有 ２ 万多个 ，将来发展如果按照 ５％农户入社 ，根据 目 ７ ０ 前合作社规模 ，合作社将达
１ ０ 个 ，这 么多 的合 作社 ，必 须 有专 门的指 导机构 进 行指 导 。建 议借 鉴 国外做 法 ，在 总结 各地 经 ５万
作者简介 ：丁声俊 （９０ ） １ ４ 一 ，男 ，研究员 ，我国著名粮食 问题专家。研究方向 ：粮食 与农业经 济。
（ 接第７ ） 上 页
第 五 ，要 处 理好 多 部 门扶 持 指导 关 系 。从 各 地情 况 看 ，财政 、金融 、农业 、工 商 、税 务 、商
业等部 门和科协 、供销社等系统在促进农 民专业合作社发展中都做 了大量工作 。但相互之间的协
摘
要 ：为 满足 国民经济 高速持 续发展 对新 型能 源 日益增 长的需 求 ，适应 改善我 国能源
消 费结构 、节 能减排 、发展 低 碳 经济 的需要 ，加 快发 展 生物 质 能源是 一项 战略 选择 。 文章
阐述 了大 力发展 新兴 生物 燃料 产业 具有 的 重大 经济社 会 意义 ，提 出以大批粮 食 、食 用 油为 原 料 生产 生物燃料 ，是 第一代 生物 燃料 ，在 我 国发展 中遭 遇 到不 可逾越 的障碍 。认 为 大力
一
、
我 国第 一 代 生 物 燃 料 乙 醇 遭 遇 到 难 以 逾 越 的 障 碍
迄今 ，生 物燃 料 已经 历两 代 产 品 ：以 粮 食 （ 括 小 麦 、玉 米 、甘 薯 、木 薯 等 ） 原 料 生 产 的 包 为 生 物 燃 料 乙醇 ， 以及 以 油 料 生 产 的生 物 柴 油 ，被 称 为 “ 一 代 生 物 燃 料 ” 第 ；而 以 纤 维 素为 原 料 生 产 的生 物 燃 料 乙 醇 被 称 为 “ 二 代 生 物 燃 料 ” 在 我 国 ，第 一 代 生物燃 料 的发 展遭 遇 到难 以逾 越 第 。 的原 料 障碍 ，必须探 求新 的原 料来 源 。这 是 因为 ：第 一 ，小麦 是居 民的 主要 口粮 ，供 求关 系呈现 紧
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。
中国燃料乙醇的应用现状及推广建议
1.3 第2代燃料乙醇据统计我国目前农作物秸秆总产量约为7亿t ，其中可收集量约为4.5亿t ，但秸秆利用效率不高，如安徽省常年粮食播种面积约1亿亩，农作物秸秆常年可收集总量达4 800万t ，综合利用率81.45%，但产业化利用量仅占利用总量的21%。
以小麦秸秆、玉米秸秆等原料为主的第2代生物燃料乙醇技术越来越受到人们的重视。
第2代燃料乙醇具有“不与人争粮，不与粮争地”等优点，将会是我国燃料乙醇产业化的主要方向[4-5]，木质纤维素乙醇的生产工艺如图2所示。
1.4 第3代燃料乙醇技术第3代生物乙醇主要利用藻类生产，技术尚不成熟，还远未达到工业化生产水平。
该技术路线是利用藻类等高效光生物反应器为原料生产燃料乙醇，具有生产周期短、光合效率高、吸收大气中CO 2等优点，目前正处于研发起步阶段。
在工程藻株开发、有害生物污染控制、低能耗微藻收集、高抗逆性的菌种培育等技术有待突破[6]。
0 引言生物燃料乙醇已发展成为全球可再生能源领域的战略性新兴产业，具有循环经济、环境友好等优点。
2019年9月，我国有关国家部门联合发布的《关于扩大生物燃料乙醇生产和推广使用车用乙醇汽油的实施方案》(以下简称《方案》)提出：到2020年，乙醇汽油在全国实现全覆盖。
同时《方案》提出：到2020年建成我国第一座5万t/a 的纤维素乙醇示范工厂，到2025年实现纤维素乙醇技术全面工业化[1]。
1 我国燃料乙醇发展应用现状目前，生物燃料乙醇生产技术按原料来源可分为３代，分别为以玉米、小麦等、甘蔗、甜菜等原料的第1代燃料乙醇；使用木薯、甘蔗等非粮经济作物作为原料的第1.5代燃料乙醇；以农、林废弃物(秸秆等)为主要原料的第2代燃料乙醇和以微藻为主要原料的第3代燃料乙醇技术。
1.1 第１代燃料乙醇第1代燃料乙醇技术已比较成熟，在世界各国广泛使用。
随着国内储备陈粮减少，国家补贴和税收优惠政策已取消，且存在与民争粮等问题，尤其是近日与美国的贸易战加剧，国内玉米一度达到2400～2500元/t ，中国玉米供需情况及价格走势如图1所示，造成其经济效益受到严重影响甚至亏损的局面[2]。
主流第二代生物乙醇技术发展报告5
主流第二代生物乙醇技术发展报告1第二代生物乙醇介绍1.1第二代生物乙醇的概念 (1)1.2 生物乙醇的发展现状 (1)1.2.1 主要燃料乙醇生产地的生产容量 (1)1.2.2 全球燃料乙醇生产容量预测 (5)1.2.3 燃料乙醇的历史与现 (7)1.3 发展第二代生物燃料乙醇的必要性 (10)2 第二代生物乙醇主流关键技术2.1 原料技术 (11)2.1.1木质纤维素原料成分与结构 (11)2.1.2 主流第二代生物乙醇原料种类 (15)2.1.3 能源作物育种与栽培管理技术及经济性特点 (21)2.1.4固化成型打包与粉碎技术及经济性分析 (25)2.2 预处理水解技术及其它预处理技术 (29)2.2.1 酸水解技术 (29)2.2.2 蒸汽爆破技术 (36)2.2.3 其他预处理技术 (42)2.2.4 预处理技术展望 (48)2.3 酶解技术 (49)2.3.1 酶水解及酶复配技术 (49)2.3.2纤维素酶的吸附、脱附与重复利用 (50)2.3.3 表面活性剂 (51)2.3.4酶解工艺技术及工艺耦合 (52)2.3.5 酶解反应器研究进展 (53)2.4 发酵技术 (54)2.4.1 水解抑制剂抑制作用的减少与消除 (55)2.4.2 木质纤维素水解液乙醇发酵条件研究 (56)2.4.3 木糖的乙醇生物发酵 (57)2.4.4 混合糖底物的乙醇发酵 (59)2.4.5 超高浓度乙醇发酵技术 (61)2.5 蒸馏与脱水技术 (63)3 政策与市场前景分析与建议3.1 政策 (66)3.2燃料乙醇产业可持续发展因素 (67)3.3燃料乙醇产业可持续发展建议 (70)3.4 第二代燃料乙醇产业发展与前景预测 (75)1第二代生物乙醇的介绍1.1第二代生物乙醇概念乙醇俗称酒精。
学名乙醇，乙醇在工业生产中又叫酒精，乙醇是其化学名称。
工业上通常叫的无水酒精，含乙醇在99％(V/V)以上，专供科研和作分析试剂用。
杜邦丹尼斯克公司纤维素乙醇验证装置投产
到生 物燃料 改 质的技 术工程 业务 和下 游工 艺步骤 相关 服
务， 将 提 供 氧 气 和 氢 气 ， 气 将 用 于 气化 工 艺 过 程 ， 气 也 氧 氢 用 于 使 生 产 的 合 成 燃 料 提 高 产 量 和 改 进 质量 。 该 中 型 装 置 使 生 产 第 二 代 生 物 燃 料 的 所 有 过 程 组 合 在一套装置内 。 ［ 文 摘 译 自 Ｃ ， ０ ９ｌ—３ 章 Ｅ ２ ０ 一２２ ］
ｄｅｅ ｇ ｎｔ ｅ ｆ ｒ ａ ｃ ｆｃ ｅ ｎｉ ｇ ｅ ｓｉ ｇ ｃ ｋ ｔｒ ｅ ｒｏ ｐ ｍ ｎ ｅｏ ｌａ ｎ ｘｉｔｎ ｏ ｅ．
Ｋ ｅ ｏ ｄｓ ｇ ｓ ｉ ｙ Ｗ ｒ － ａ ｏｌ ｎｅ；ｄ ｔｒ ｅ ；ｓｍ ｕｌｔｏ ｅ ｔ ｅ ｅ ｇ ｎｔ ｉ ａｉ ｎ ｔ ｓ
采 用 基 于 杜 邦 Ｚ ｍｏ ｎ ｓ 术 创 新 的 乙 醇 化 工 艺 ， ｙ ｍｏ ａ 技
林业残余物 转化成第 二代生物燃 料 ， 该装置将 建在法 国东 北 部 距 离 Ｎａ ｃ ｎｙ约 ８ ｍ 的 Ｂ ｒ Ｓ ｕｒｎ ＮＩ 集 团 ０ｋ ｕｅ ａｄｏ 。Ｃ Ｍ
（ ｄｔｒ ｎ ｅ 设 工 业 公 司 ） 作 为 该 项 目的 承 包 商 。 法 Ｍｄ ｉ ｒ ｄ 建 ｅａ 将
验。
法 国原子 能委 员会（ Ｅ 于 ２０ 年 １ Ｃ Ａ） ０ ９ ２月 ２ 日推 出 ３ 建 设 生 物 质 转 化 中 型 装 置 第 一 阶 段 项 目计 划 ， 使 农 业 和 将
该 装 置 组 合 了 基 于 杜 邦 公 司 先 进 的 缓 和 碱 法 技 术 的
预 处理 技术 ， 以便用 于糖化 ， 化基 于丹尼 斯克 公司 蛋 白 糖 质工程 化创新以及商业化规模 经验 。
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 。
第二代生物乙醇
第⼆代⽣物⼄醇第⼆代⽣物⼄醇杨巧⽂173********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。
纤维素乙醇关键技术及进展
纤维素乙醇关键技术及进展近三四十年来，为保障能源安全、减少大气污染及发展农村经济，燃料乙醇异军突起，乙醇汽油应用规模逐步增加，使得传统酿酒工艺进入液体能源领域。
伴随原料的转换，在化学工程和发酵工程等学科的交叉带动下，逐步孕育了纤维素乙醇工程这一新的分支。
2012年完成的中试经济评价为纤维素乙醇产业化奠定了基础，在技术指标上虽与玉米乙醇有一定距离，但已初步具备产业化条件。
文章概述了纤维素乙醇工业化在原料、酶制剂成本、发酵效率、能耗和水耗、专用装备方面所面临的主要挑战，在此基础上总结了纤维素乙醇预处理、酶解、发酵关键技术的研发进展及其在产业中的应用，讨论了研发的热点和难点，并对产业化发展模式及今后的技术发展方向作了展望。
自20世纪70年代以来，为缓解石油短缺、解决“三农”问题、推进生态环保，燃料乙醇产业得以发展，使用量逐年增加，2014年世界燃料乙醇产量已达到7400万吨，由传统的酿造领域跨入液体运输燃料领域。
近十年来，在向非粮原料转换的过程中，纤维素乙醇工程这一新兴学科分支逐步形成。
纤维素乙醇较第一代燃料乙醇在能量投入产出、温室气体减排方面有较大的优势，作为第二代燃料乙醇已在美国、巴西、欧洲、中国等国家/地区建成上百套中试装置，2012年纤维素乙醇完成中试技术经济验证后，示范装置也已陆续开始建设。
截至2014年底，世界已有8套装置投入试运行，累计产能超过40万吨/年。
表1列出了世界主要纤维素乙醇示范装置，预计到2017年，全球至少有25个项目投产，纤维素乙醇年生产能力超过100万吨。
经过多年中试研发的努力，示范装置的技术水平已达到较高的程度，采用先进技术的纤维素乙醇酶解底物固含量已达到25%，得到糖浓度达140g/L，发酵后乙醇浓度接近6%（质量分数）。
然而，这与技术成熟、发酵乙醇浓度超过15%（质量分数）的玉米乙醇相比，整体经济性还有待提升。
1纤维素乙醇工业化遇到的主要挑战剖析纤维素乙醇的各个工艺过程，遇到的主要问题可以归纳为以下五个。
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诺维信公司（Novozymes）和杰 能科公司（Genencor）在预处理 和发酵相关的纤维素酶等酶制剂 开发上处于领先地位；
三、纤维素乙醇相关技术
ห้องสมุดไป่ตู้
康泰斯CHEMETX纤维素乙醇生产工艺， 包含从预处理、酶解、发酵、蒸馏、 分离，能量回收等各关键生产环节， 是完整全面的工艺包，可以直接用 于商业化工厂的设计。 SunOpta公司的五碳糖发酵菌种专利 技术
与第一代最重要的区别之一，就在于是否以粮食作
物为原料
二、第二代生物燃料产品
纤维素乙醇 原料预处理：除去部分或全部木质素 酶解：水解纤维素和半纤维素得到戊糖和已糖 发酵：发酵糖液得到乙醇
二、第二代生物燃料产品
生物柴油
三、纤维素乙醇相关技术
预处理
预处理中要提高原料利用率、酶解效率、得糖率
三、纤维素乙醇相关技术
马斯科马(Mascoma)公司，在纤维素 乙醇的统合生物处理技术(CBP)方面 取得重大突破
三、其它纤维素乙醇生产知名公司
美国专业从事纤维素乙醇开发的 Trillium FiberFuels公司 英国纤维素乙醇技术开发商TMO可再 生能源公司 巴西Dedini工业公司 Inbicon公司 杜邦丹尼斯克（DuPont Danisco）
酶解
纤维素酶产量不高、活性低、稳定性差、使用寿命短 酶解中要降低成本
发酵
木糖难发酵 发酵中要优化发酵菌，提高乙醇产率 目前研究较多的是将这三步分散、耦合或者丙型，例如同步糖 化发酵、高浓度酶循环水解（利用两个或多个生物反应器）
三、纤维素乙醇相关技术
Iogen公司拥有世界上最先进的纤维 素乙醇制造技术；Iogen公司的纤维 素乙醇专利技术：
三、纤维素乙醇相关技术
加州大学伯克利分校：纤维素预处 理的专利技术 加拿大米西索加（Mississauga） Woodland生物燃料公司及其合作者 使用Woodland生物燃料公司的低压 催化（CPRT）专利技术生产纤维素 乙醇
三、纤维素乙醇相关技术
Butalco公司的核心技术基于遗传学 上优化的酶母（Saccharomyces cerevisiae） ZeaChem公司于2010年6月30日宣布， 采用其工艺，纤维素乙醇已可达到 商业性生产规模
国内生物柴油发展现状
在中国,燃料乙醇的主要原料是玉米和小麦； 浙江大学 “利用农业纤维废弃物代替粮食生产 酒精”； 华东理工大学于2005年已建成了纤维乙醇600 t/ 年的示范性工厂; 山东大学微生物技术国家重点实验室主要开展 “纤维素原料转化乙醇关键技术”研究
四、纤维素乙醇的国内外现状
国内生物柴油发展现状 河南天冠集团； 吉林九新实业； 中粮集团
五 纤维素乙醇产业前景
随着世界各国经济发展的不断加快,能源危机将 会越来越严重,乙醇燃料正在表现出唯一可以 替代石油制品的独特魅力。因此,充分利用各 种技术提高能源作物的产量和品质,并加快纤 维素乙醇产业化,对根本解决能源和环境的制 约, 实现经济社会的可持续发展意义重大。
Thanks for Your Attention！
2010年诺维信酶制剂诺纤力TM 赛力二代(CELLIC CTec2) 发布会
第二代生物燃料-纤 维素乙醇
基本内容
1、简介
2、产品
3、技术
4、国内外现状 5、产业前景
一、第二代生物燃料简介
第一代生物燃料是以玉米、小麦等粮食作物作为生产
原料的技术,日趋严峻的世界粮食形势,使之渐失优势
第二代生物燃料以非粮作物乙醇、纤维素乙醇和生物
柴油等为代表，原料主要使用非粮作物，秸秆、枯草、工 农业废弃物等，以及主要用来生产生物柴油的动物脂肪、 藻类等。
三、其它纤维素乙醇生产知名公司
美国Raven生物燃料公司 美国生物能源生产公司POET Abengoa,美国最大的乙醇生产商之 一 Lignol；加拿大纤维素乙醇和生物 化学联产品公司，已经把发展纤维 素乙醇作为公司的主导方向 Verenium：新一代纤维素乙醇技术 和高性能特种酶开发商
四、纤维素乙醇的国内外现状
国外生物柴油发展现状
1973年世界石油危机后,巴西就实施了“国家乙 醇生产计划”；目前已经发展320多家燃料乙 醇生产企业 。 美国在燃料乙醇的生产上仍然是世界乙醇生产 的领头羊,在将纤维素转化为燃料酒精的研究、 生产和应用方面走在世界的前列。 加拿大、丹麦、芬兰……
四、纤维素乙醇的国内外现状