木质纤维素转化燃料乙醇研究现状与前景_下_
纤维素生物能源转化利用现状的分析研究
纤维素生物能源转化利用现状的分析研究孟玥（中国药科大学，江苏，南京，邮编：２１１１９８）摘要:本文综述了现阶段纤维素生物能源转化利用的现状，阐明了纤维素生物能源利用过程中存在的基本问题。
对纤维素转化为乙醇燃料过程中的预处理技术、纤维素酶技术、发酵乙醇和转化过程集成等环节的研发现状、存在问题、技术难点和研究方向等做了比较详细的论述。
关键词:纤维素；纤维素酶；生物能源Analysis of the conversion and utilization of cellulose bio-energyMENG Yue （China Pharmaceutical University,Jiang su Nanjing Zip:211198）Abstract:This paper reviewed the current situation in conversion and utilization of cellulosic biomass energy,explained the basic problems in the process of bio-synthesizing cellulose bio-energy.It also discussed in details about the current situation of research,the obstacles,the technical problems and the research direction in the process of pretreatment,cellulose enzyme technology,fermentation of ethanol and inte -gration of the fermentation reactions.Key words:cellulose;cellulose;bio-energy国土与自然资源研究·78·TERRITORY &NATURAL RESOURCES STUDY2010No.4文章编号：1003-7853(2010）04-0078-03中图分类号：TK6文献标识码：B进入21世纪以来，人类在能源、资源与环境等诸方面都面临着非常严峻的问题。
我国纤维素燃料乙醇工艺概况和经济性分析
>>专家观点<<2018年6月·第3卷·第3期石油石化绿色低碳Green Petroleum & Petrochemicals摘 要：纤维素燃料乙醇是充分利用纤维素原料中的纤维素和半纤维素，使之水解糖化后，通过糖发酵生产的燃料乙醇。
目前我国纤维素燃料乙醇产业发展较慢，纤维素燃料乙醇在秸秆收储运、秸秆原料预处理、纤维素酶发酵制乙醇等环节还存在亟待突破的技术瓶颈。
由于缺乏完善的秸秆原料收储运体系，原料供应难以保障，已建成的纤维素燃料乙醇示范装置大多因技术和成本问题未能正常开工运行。
当前技术条件下，纤维素燃料乙醇投资较大，秸秆收储成本高，原料预处理过程产生的污水量大，污水处理成本高，乙醇生产过程中的酶制剂成本较高，致使纤维素燃料乙醇成本远高于粮食燃料乙醇成本。
我国发展纤维素燃料乙醇需加强对秸秆收储运体系的研究、开发高效的纤维素酶菌，有效降低纤维素燃料乙醇成本以提高竞争力。
关键词：纤维素 燃料乙醇 工艺技术 成本 经济性分析我国纤维素燃料乙醇工艺概况和经济性分析朱青，王庆申，赵书阳，杨晓帆（中国石油化工集团公司经济技术研究院，北京 100029）收稿日期：2018-4-27作者简介：朱青，学士，高级经济师。
1989年毕业于北京建筑工程学院工业与民用建筑专业，长期从事项目经济评价工作，曾多次参与生物燃料定价及生物燃料的专题研究工作。
2017年9月十五部委联合发布的《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》提出，到2025年，力争纤维素燃料乙醇实现规模化生产，先进生物液体燃料技术、装备和产业整体达到国际领先水平，形成更加完善的市场化运行机制。
纤维素广泛分布于农作物秸秆、皮壳当中，秸秆的能源化利用对加强我国环境保护以及促进能源结构调整等具有比较现实的意义。
从目前的工艺技术看，纤维素燃料乙醇达到规模化生产仍将有一段距离。
由于纤维素燃料乙醇成本较高，与粮食燃料乙醇相比没有竞争力，为推动纤维素燃料乙醇产业的发展，需要国家出台相关的财税扶持政策。
木质纤维原料生物转化燃料乙醇的研究进展
木质纤维原料生物转化燃料乙醇的研究进展第12卷第1期2004年3月纤维素科学与技术Journal of Cellulose Science and TechnologyVol.12 No.1Mar. 2004文章编号：1004-8405(2004)01-0045-10木质纤维原料生物转化燃料乙醇的研究进展许凤1,2，孙润仓2，詹怀宇2（1. 齐齐哈尔大学轻工纺织系，黑龙江齐齐哈尔 161006；2. 华南理工大学制浆造纸工程国家重点实验室，广东广州510640）摘要：木质纤维生物量能够用来生产一种可替代有限的石油产品的能源——乙醇。
木质纤维的转化主要分两个步骤：木质纤维生物量中纤维素水解生成还原糖；糖发酵成乙醇。
基于目前的技术，木质纤维原料生产乙醇的主要问题是得率低、水解成本高。
促进木质纤维水解的方法包括：木质纤维原料预处理脱除木素和半纤维素；纤维素酶的优化；同步糖化发酵法（SSF）。
关键词：纤维素酶；乙醇；纤维素水解；木质纤维生物量中图分类号：TS721+.1 文献标识码：A随着世界人口的增加和各国工业化程度的提高，能源的消耗也在稳步增加。
石油是满足能源需求的主要资源，但是石油资源是有限的，科学家们预测2050年原油的生产将由现在的每年250亿桶下降到50亿桶[1]，所以开发新的可替代能源引起科学家们广泛的兴趣。
乙醇是一种可以通过糖发酵获得的可再生能源。
在美国，乙醇已经被广泛地作为特殊的石油替代品。
从20世纪80年代开始，用玉米生产的燃料乙醇就被作为酒精－汽油混合燃料或者氧化燃料来使用。
这些气体燃料中包含乙醇的体积量高达10%。
使用乙醇混合燃料不但可以减少汽油的用量，还可以减少温室气体的排放。
然而使用玉米生产的乙醇燃料比石化燃料成本高，因为玉米既要提供食品和饲料、又要用于大量地生产乙醇，这是不可行的，毕竟土地资源是有限的。
废弃木质纤维原料比如农林废弃物、草、锯末和木片等是潜在的生产乙醇的可再生性资源。
燃料乙醇木质纤维素原料潜力分析
燃料乙醇木质纤维素原料潜力分析作者：董春丽彭霞魏拥辉来源：《智富时代》2018年第06期【摘要】乙醇作为新能源，最大的优势在于其属于可再生能源。
目前世界上利用发酵法生产乙醇的主要原料有谷物、薯类、糖料作物和植物纤维质原料。
由于植物纤维质原料生产乙醇的工艺前景广阔，并拥有巨大的资源优势，近年来规模化生产技术研究进展迅速，文中主要介绍以玉米秸秆、玉米芯、麦秆、稻秆、板皮、红麻、芦苇、牧草等多种原料生产燃料乙醇进展及潜力分析。
【关键词】纤维素；燃料乙醇；原料纤维素原料在地球上含量极为丰富，是最具潜力的燃料乙醇生产原料之一。
目前，木质纤维素原料主要有农作物秸秆、森林采伐和木材加工剩余物料、柴草、造纸和制糖过程中使用的原料或产生的富含纤维素的下脚料、城市生活垃圾的一部分等[1]。
本文主要介绍以玉米秸秆、玉米芯、板皮、红麻、牧草、麦秆、芦苇、稻秆等多种原料生产燃料乙醇的技术进展及潜力分析。
一、木质纤维素原料燃料乙醇发展现状随着社会经济的快速发展和科学技术的不断进步，能源供需矛盾日益突出，使得燃料乙醇的生产和技术研发工作日益受到人们的关注[2]。
与粮食原料相比，木质纤维素原料具有更大的资源优势和更深的开发潜力。
以纤维质为原料生产乙醇不仅可以缓解当前世界的能源危机，推动农业的发展，又有利于减少雾霾、减少温室效应等环境污染，因此，从可持续发展战略角度考虑，大力发展燃料乙醇的生产对国民生产生活具有重要意义[3-4]。
目前，燃料乙醇作为清洁能源得到了世界广泛认可，随着各国的重视和资金的投入，燃料乙醇得到了较快的发展。
二、木质纤维素原料燃料乙醇技术进展1.几种纤维素原料的组成成分木质纤维素的结构比较复杂，其主要成分是纤维素、半纤维素和木质素，以玉米秸秆为例，纤维素含量约为35～38%，半纤维素含量约为19～22%。
纤维素与半纤维素被木质素包裹，分子内内含有大量的氢键，并具有高度聚合及结晶性，这些因素直接导致木质纤维素不易被分解，因此必须通过预处理技术将纤维素、半纤维素以及木质素分开，切断它们之间的氢键，破坏晶体结构，降低聚合度，增大可及度，以提高水解效率[5]。
利用木质纤维素联合生物加工生产生物乙醇的展望和新方向
利用木质纤维素联合生物加工生产生物乙醇的展望和新方向李金伟张姗姗（青岛科技大学化工学院，山东青岛266042）摘要：美国能源部能源独立和安全法案要求，到2022年全国的生物燃料产量达到360亿加仑，其中210亿加仑必须来自可再生可持续的原料（例如木质纤维素）。
为达到这个目标，必须研制出能将植物生物质转变成可发酵糖且经济合算的工艺技术。
生产生物乙醇的一种重要途径是利用微生物，通过联合生物加工（CBP）将生物质转化成可发酵糖并将生成的糖发酵成乙醇。
CBP技术一体化程度高，能有效降低生产成本。
关键词：生物乙醇；联合生物加工；木质纤维素中图分类号: TQ223. 122 文献标识码: ＡPerspectives and new directions for the production of bioethanol using consolidated bioprocessing of lignocelluloseLI Jin-wei ,ZHANG Shan-shan(College of Chemical Engineering, Qingdao University of Science and Technology, Qingdao, 266042 China) Abstract:The U.S. DOE Energy Independence and Security Act (EISA) mandated attainment of a national production level of 36 billion gallons of biofuels by 2022, of which 21 billion gallons must be derived from renewable/sustainable feedstocks (e.g. lignocellulose). In order to attain these goals, the development of cost effective process technologies that can convert plant biomass to fermentable sugars must occur. An alternative route to production of bioethanol is the utilization of microorganisms that can both convert biomass to fermentable sugars and ferment the resultant sugars to ethanol in a process known as consolidated bioprocessing (CBP). CBP features cellulase production, cellulose hydrolysis and fermentation in one step.Key words:bioethanol；consolidated bioprocessing；lignocellulose1、引言目前生物燃料的的生产以生物质糖的发酵为主。
【推选文档】第二代生物燃料-纤维素乙醇PPT
酶解中要降低成本
采用其工艺，纤维素乙醇已可达到 木糖难发酵
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。
国外生物柴油发展现状
三、其它纤维素乙醇生产知名公司
1乙醇生产商之一
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
SunOpta公司的五碳糖发酵菌种专利技术
了“国家乙醇生产计划”；目前已 二、第二代生物燃料产品
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
Raven生物燃料公司 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；
Woodland生物燃料公司及其合作者 生物能源生产公司POET
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 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
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。
利用纤维素原料生产燃料酒精的研究进展
利用纤维素 原料 生产燃料酒精 的研 究进展
冯 南
（ 中粮生化 能源（ 肇 东） 有限公司 ， 黑龙江 肇 东 １ ５ ｌ １ ０ ０ ） 摘 要： 随着全球经济的快速发展 ， 不可再 生资源越来越 少， 粮食 危机 、 能 源危机 以及环境危机都 也都随之到 来， 如何开发 出可持 续 性利 用的可再生资源已经成为各国竞相研究的重要项 目， 人们 生活于大 自然， 立足于大 自然 ， “ 衣食 住行” 都 离不开 大 自然的馈赠 ， 纤维素 是 由类似 于多葡萄糖分子组成的大分子 多糖 ， 麻、 麦秸、 稻草 、 甘蔗 渣等都是它的来源 ， 利 用纤 维素 类物 质生产燃料酒精作 为一种新 兴的 环保 的可持续型开发利 用的新技术 ， 在很 多国家都 已经开始 着手进行 ， 就 此文章探讨 了纤维素原料是如何 生产燃料 酒精 的过程 ， 分析 比 较 了纤维素生产燃料 酒精技术 中预 处理 、 水解、 发酵等非常重要的环节的技 术特 点， 最终展望 了纤维素原料 生产 酒精的前景。 关键词 ： 可再 生资源 ； 纤维素 ； 燃料酒精 ； 前景 我 国作为一个能源大 国，能源蕴藏和生产量 居于世界前列 ， 但 地水解纤维素 ， 但是酸性具有腐蚀性 ， 在使用过 程中对人体 的身心 同时也 是世界第二大能源消费 国 ， 经济 的快速发展 ， 使得 我国对能 健康产生不利影 响 ； 碱水解法使 用热或者冷 的碱 液（ Ｎａ ０ Ｈ ） ， 使 纤维 源的需求量急剧增加 ，除 了对居 于主导地 位煤炭能源 的开发利用 素原料膨胀 ， 增加纤维素 内表面积 、 减少结 晶度 、 最终使木质素和糖 外， 石油的使用量也在逐年提升 。 石油是不可再生 资源 ， 工农业 以及 得到有效的分离 。 ２ ． ３ ． 物理化学预处理 。物理化学预处理 的方 法是结合 了两种方 人们 的 日常生活出行等都离不开石油 ， 对 于石 油的依赖性使得很多 国家竞相抢购石油 ， 国际上也时常发生两 国之 间争夺石油资源 的矛 法的长处又有效地弥补 了两种方法 的短处 。 常用的物理化学方法是 盾， 所以寻找新的可持续性的 、 环保的能源代替不可再 生资源具有 蒸汽爆裂法 。这种方法是将 片状 的纤维素 原材料放 置于高压蒸 汽 重要的现实意义 。纤维素作为世界上最为丰富 的可再生资源 ， 存在 中 ， 然后迅速 降低 高压蒸汽中的压力 ， 原料 由于压力 差的骤变使 其 在进行汽爆 的过程 中可 以适量加入 Ｈ ： Ｓ Ｏ 和Ｃ Ｏ ， 于 自然界一切植物 中， 现如今对于纤维素的开发和利用 仅仅 只局 限 爆炸并得到分解 ， 于于造纸 、 纺织 、 建筑 、 饲料等行业 ， 纤维 素的利用率不高 ， 很大一部 有效促进酶水解的发生。 分都 白白地浪费掉 。在研发新 型能源的过程 中， 发现利用植 物中的 ３ 纤 维 素发 酵 方 法 纤维素 ， 经过一系列工艺加工后 ， 最终能够生产 出燃 料酒精 的工 艺 纤维素 发酵成 为乙醇 的方法有多种 ， 以下将介绍几种常 见的方 技术 。 法。 １纤维素燃料酒精 国内外发展现状 ３ ． １ 直接发酵法 。直接发酵法是使 用最 为原始的方法 ， 其不对纤 这 美国作为一个能源蕴含丰富的发达国家 ， 对纤维素原料制取 乙 维素原料进行酸解或者酶解 ，而是 以纤 维素原料 进行 直接 发酵 ， 醇技术开发较早 ，政府也积极鼓励和支持燃 料酒 精的使用 的生产 ， 种工艺方法成本低廉 ， 操作简便 ， 但是产 出率不高。 加大对生产燃料酒精 的投入 ； 日本作为一个 自然资源严重匮乏的发 ３ ． ２水解发酵二段法 。这种方法是先将纤维素酶糖化 ， 然后再发 值得注意 的是水解发酵二段法在使用 的 达国家 ， 严重依赖 于对外来资源的进 口， 可再生能源 的开发 和利用 酵成为酒精 的方法 。但是 ， 故 而在该 国显得尤为重要 ， 所 以 日本在很多专 门的科 研机构 、 大学 第一阶段 中 ， 降解的纤 维素原料产生 的葡萄糖和木糖会对纤维素酶 都开设 了相关的专题研究 ， 建立起了较为完善的与纤维 素燃料息息 产生抑制 的作 用 ， 在第二 阶段 ， 酒精 发酵的末端产物会抑 制酶 的活 相关的研发体系 ； 我 国是世界上第三大酒精 生产 国 ， 仅 次于 巴西 和 性 ， 综合两者 因素都会 降低最终 的酒精产出。 美国。 基于人 口基数庞大 、 劳动力廉价 以及 自然资源丰富的现状 ， 我 ３ ． ３ 同步糖化发酵 。同步糖化发酵法 的使用 是把发酵菌加入 酶 国在纤维素生产燃料酒精上具有更大 的优势 ， 但是 由于我国关 于纤 水解糖化纤维素容器 中 ， 进而使得在糖化 作用 下产 生的葡萄糖和纤 维素生产燃料酒精 工艺技巧的研发起步较晚 ， 在酶生产工 艺 、 戊糖 维二糖转 化成 乙醇 ， 这种方法有效地去 除了产 物的抑制 ， 节约 了生 发酵菌株等方面还没有取得 实质性 的突破 ， 所 以我国应该 加大对纤 产时 间， 提高 了生产效率 。 ３ ． ４非等温同步糖化发酵法。经过大量 的研究表明 ， 纤维素酶糖 维素生产燃料酒精 的投入力度 ， 促进我国经济 的可持续性发展＿ ｌ ｌ 。 ２纤维素的预 处理 化的最适 宜的温度是 ５ ０ ℃左右 ，对 于酵母发酵温度则应该 控制在 用纤维素原料生产燃料酒精要经过一系列 复杂 的过程 ， 纤维素 ３ ０ — ３ ８ ￣ Ｃ 之 间。 使用 非等温 同步糖化发酵法 ， 通过热交换器 的热量传 能 够很 好地实现对这两个过程 温度 的控制 ， 最 大限度地 减少反 的组成成 分复杂稳定 ， 如若对其直接进行酶水解 时 ， 纤维素 电解成 递 ， 糖 的百 分率只有 １ ０ ％一 ２ ０ ％左右 ， 所以 ， 为了提高纤维 素的水解率 ， 应体系能量 的损失 ， 使用这种方法可以节约纤维素酶 ３ ０ ％一 ４ ０ ％， 最 对纤 维素的预处理在整个燃料酒精生产 过程 中的作用显得 尤为重 终在乙醇的产 出率方面也有较大的提升［ ４ １ 。
木质纤维素类原料燃料乙醇生产技术进展
木质纤维素类原料燃料乙醇生产技术进展木质纤维素是地球上最丰硕的可再生资源，据测算年总产量高达1500亿吨，蕴储着庞大的生物质能。
我国是一个农业大国，作物秸秆(如稻草、麦秆等)的年产量超级庞大(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%，但通过必然技术处置后利用的仅占2.6%，其余大部份只是作为燃料等直接利用，开发前景超级广漠。
一、木质纤维素的降解技术木质纤维素降解能够采纳酸水解和酶水解两条不同的技术线路来实现。
1.1酸水解技术在酸水解工艺中，能够利用盐酸或硫酸，依照利用酸的浓度不同能够进一步分为浓酸水解和稀酸水解。
法国早在1856 年即开始进行了浓硫酸水解法进行乙醇生产，浓酸水解进程为单相水解反映,纤维素在浓酸作用下第一溶解,然后在溶液中进行水解反映。
浓酸能够迅速溶解纤维素,但并非是发生了水解反映。
浓酸处置后成为纤维素糊精,变得易于水解(纤维素经浓酸溶液生成单糖,由于水分不足,浓酸吸收水分,单糖又生成为多糖,但这时的多糖不同于纤维素,它比纤维素易于解) ,但水解在浓酸中进行得很慢,一样是在浓酸处置以后再与酸分离,利用稀酸进行水解。
稀酸水解木质纤维素的技术可谓历史悠长，1898年德国人就尝试以林业生产的废弃物为原料生产乙醇，并成立了工业化规模的装置，每吨生物量能够生产50 加仑的乙醇。
与浓酸水解的工艺线路相较，稀酸水解需要在比较高的温度下进行，才能使半纤维素和纤维素完全水解。
稀酸水解木质纤维素通常采纳二级水解的工艺方案：第一级水解反映器的温度相对第二级来讲略低一些，比较容易水解的半纤维素能够降解；第二级反映器要紧降解难降解的纤维素，水解后剩余的残渣主若是木质素，水解液中和后送入发酵罐进行发酵。
1.2 酶水解技术同植物纤维酸法水解工艺相较,酶法水解具有反映条件温和、不生成有毒降解产物、糖得率高和设备投资低等优势。
而妨碍木质纤维素资源酶法生物转化技术有效化的要紧障碍之一,是纤维素酶的生产效率低、本钱较高。