非食用生物质制燃料乙醇的研究现状

第26卷第5期河北工业科技Vol. 26. No 52009年9月Hebei Journal of Industrial Science and TechnologySept 2009文章编号:1008-1534(2009)050397-03非食用生物质制燃料乙醇的研究现状杨立彦,尚会建,郑学明,王亮(河北科技大学化学与制药工程学院,河北石家庄050018)摘要:生物质能源是清洁的可再生的能源,目前以非食用生物质为原料来制取可再生的新能源——燃料乙醇受到了越来越多研究者的关注。重点介绍了从纤维素类生物质制备燃料乙醇的发展现状及关键工艺,指出了其广阔的发展前录。关键词:能源;非食用生物质;乙醇;纤维素;燃料中图分类号:TQ920文献标识码:AResearch development of using non-ediblebiomass to prepare ethanol fuelYANG Li-yan, SHANG Hui-jian, ZHENG Xue-ming, WAN Liang(College of Chemical and Pharmaceutical Engineering, Hebei University of Science and Technology, Shijiazhuang Hebeistract: Biomass energy is clean and renewable energy. At present, using non-edible biomass as raw material to prepare re-newable ethanol fuel has been concerned by a growing number of researchers. This article focused on the preparation of ethanolfuel from cellulosic biomass and the development of the key technology, and pointed out its broad development prospects.Key words: energy: non-edible biomass; ethanol; cellulose; fuel随着现代工业的快速发展能源成为各国关心1国内外燃料乙醇的发展现状的大事。由于石油供应量有限,所以人们开始转向其他能源的开发,如太阳能、核能、氢能但此类能源燃料乙醇是指作为燃料添加到汽油、柴油中的消耗带来的环境污染问题十分严重。因此,如何开乙醇,可部分替代石油,缓解石油资源短缺(,燃料发出新的清洁的能源来打破传统能源的主导地位,乙醇作为一种新的能源,不仅清洁、可再生,而且净逐渐提高生物燃料的使用比例就成为各国政府、专温室效应低。世界上第1个燃料乙醇项目—Pro家、学者共同关注的焦点问题(1,以生物质原料40千1975年诞生在巴酉;接下来在1973年美来制取燃料乙醇可有效缓解能源短缺的现状,改善国、加拿大也开展了类似的项目。目前开展此项目和保护生态环境促进农业生产发展口.燃料乙醇较为活跃的国家是美国和巴西,这2个国家乙醇作为一种最有前景的可再生能源越来越受到各国的产量占全球乙醇总产量的70%以上,巴西约关注,发展纤维素原料生产燃料乙醇具有显著的经409%的小汽车完全以乙醇为燃料2005年该国家的济效益和社会效益。乙醇产量为1700万t,石油替代率已接近40%。2006中国煤化工dm3,出口30亿。燃料乙醇计划收稿日期:2008-1209;修回日期12009-03-03實任编辑:张士莹的实施CNMHG.随着各国加大作者简介;杨立彦(1984),女河北鹿泉人硕士研究生,主要从乙醇汽油应用的力度,带动了世界燃料乙醇的产量事清洁能源方面的研究逐年攀升。最近几年,由于石油价格的上涨,燃料乙398河北工业科技第26卷醇的消费增长也在提速{。3.2水解工艺目前,中国生物燃料乙醇生产技术取得了长足目前以纤维素类生物质为原料制取乙醇的工艺的进步,华东理工大学从“八五”期间就开始研究农主要有浓酸水解、稀酸水解和酶水解17,它们有不林弃物生产燃料乙醇技术,先后承担了国家“八五”、同的机理“九五”“十五”科技攻关项目与“863”计划项目,目3.2.1浓酸水解前已经建成600t/a的酸水解法纤维乙醇生产中试浓酸水解的原理是结晶纤维素在较低温度下可装置,并通过了科技部的鉴定0。2006年,山东泽完全溶解在硫酸中,转化成含几个葡萄糖单元的低生生物科技公司宜布他们首创秸秆无污染爆破技聚糖[)。把此溶液加水稀释并加热,经一定时间后术,并在固态菌种发酵方面有了突破,即将建成就可把低聚糖水解为葡萄糖。浓酸水解的优点是糖3000t/a的纤维素乙醇示范工程1).中国生物燃的回收率高(可达90%以上),可以处理不同的原料已经具备了工业化的条件,黑龙江、吉林、辽宁河料,相对迅速(共10~12h)并极少降解,但对设备南、安徽5省及湖北河北、山东、江苏省的部分地区要求高,且酸必须回收已基本实现车用乙醇汽油替代普通无铅汽油[1。3.2.2稀酸水解2006年,中国燃料乙醇的产量达到144万t,成为世稀酸水解的机理是溶液中的氢离子可和纤维素界第三大燃料乙醇生产国口,燃料乙醇的前景非常上的氧原子相结合,使其变得不稳定,容易和水反广阔应,纤维素长链即在该处断裂,同时又放出氢离子,从而实现纤维素长链的连续解聚,直到分解成为最2生产燃料乙醇的原料来源小的单元葡萄糖。稀酸水解原料处理时间短,且较燃料乙醇的生产原料有糖类、淀粉和纤维素其易实现工业化,但由于产生的糖会进一步发生分解,因此影响了糖的收率1。产量受到粮食资源的限制,成本高,难以满足能源需求。从国情出发,能用于生产燃料乙醇的粮食更有2.3酶水解酶水解是生化反应,它有不少优点。它在常温限,因此必须寻找丰富而且廉价的原料来源,最近几下进行,微生物的培养与维持仅需要较少的原料,过年这方面的研究主要集中在纤维素上。程能耗低。酶有很高的选择性,可生成单一产物,故纤维素类生物质是世界上来源最为广泛的生产糖产率很高(大于95%)燃料乙醇的生物质原料,纤维素废弃物的主要有机3.3发酵工艺成分包括半纤维素、纤维素和木质素3部分。含木葡萄糖的发酵工艺已经非常成熟了,但木质纤质纤维素的生物质废弃物包括农作物秸秆、林业加维素类原料制酒精工艺中的发酵和以淀粉或糖为原工废料、甘蔗渣及城市垃圾中所包含的废弃生物质料的发酵有很大的不同这主要表现在以下2点等。中国是农业大国,一方面每年产生大量的生物是生物质水解液中常含有对发酵微生物有害的组质废弃物未被充分利用,而且还常因就地焚烧而污分;二是水解糖液中含有较多的木糖染环境;另一方面,化石资源有限,不能满足不断增长的燃料需求。所以在中国发展非食用生物质制取4结语燃料乙醇技术更有意义(10。据有关专家估算,中国可开发的生物质能资源总量约为7亿t标准煤[1。燃料乙醇是一种巨大的可再生能源,发展包括燃料乙醇在内的生物能源产业是解决石油短缺、环3燃料乙醇生产技术境污染问题和促进农业发展,加快社会主义新农村建设的重要战略举措之一。以纤维素类生物质为原纤维素类生物质原料制燃料乙醇的生产工艺主料制取燃料乙醇,价格较为便宜虽然利用此原料生要包括预处理、水解和发酵几个阶段。产乙醇的实验工艺路线已经开发,但当前要实现工3.1预处理工艺业化生产,在原料预处理、水解、发酵等各工艺过程预处理的主要目的是通过破坏木质素和半纤维中还素来降低纤维素的结晶性,增加其多孔性,这样难于中国煤化生产成本儡高和曼燃料乙醇还面临才能使酶制剂与纤维素充分接触,完成酶促反应。着历CNMHG面的问题。然而随目前所用的纤维素原料的预处理方法主要有物理着化石资源的渐趋枯竭发展燃料乙醇可能成为将法、化学法、物理化学结合法、生物法。来的一个主攻方向。实现非食用生物质资源的高效第5期杨立彦等非食用生物质制燃料乙醇的研究现状开发和利用将对改善中国生态环境,建立可持续发North Carolina State University, 2005.展的能源体系,促进经济和社会的发展具有重大[10]杜风光史吉平张龙等纤维质生产燃料乙醇产业化研究影响进展[J]中国麻业科学,2007,29(1):7273.[11]武冬梅李寞新,孙新纪纤维素类物质发酵生产燃料乙醇的研究进展[酿酒科技,2007(4):116-120参考文献[12]李志军生物燃料乙醇的发展现状、问题与政策建议[门技术[]吴根,白丽梅,于洋,等.生物质转化能源技术的发展现状经济,2008,27(6):505及趋势探讨[门环境科学与管理,2008,33(1):166-168[13]胡伟生物质燃料乙醇研究进展[]科技创新导报,2008[2]卫民,刘天成蒋剑春生物质能源转化技术与应用(W)[n(11):114生物质化学工程,2008,42(3):64-69.[14]孙多志许庆利,王复等.木质纤维素制取燃料乙醇水解工[3]冯薇新农村以沼气为纽带开发利用生物质资源[农机化艺技术进展[门]河南化工,2008,25(4)14.研究,2008(2):204-206[15]王晓飞.我国生物质产业现状及其发展趋势[].电力设备[4]陈辉陆善祥.生物质制燃料乙醇[].石油化工,2007,362008,9(7):119-120[16]颜进华纤维质生物乙醇生产预处理及分析方法[节能技刘军利蒋剑春论生物质能源标准体系[J]生物质化学工程,2007,41(2):53-56[17董平,邵伟.国外纤维素燃料乙醇研究动态[现代化[6]马现刚徐恒泳,李文钊,木质纤维素生产燃料乙醇的研究进展工,2008,28(10):8486[n.天然气化工,2008,33(4):6064[18]朱跃钊,卢定强木质纤维素预处理研究进展[门生物加工过[7]倪舊国外燃料乙醇发展动态[石油商技,2008(2):9-11程,2004(4):11-16.8]张敏,曹燕子,李志斌燃料乙醇研究薇况及发展前景[门潮191任铮伟,李庭系,张素平,等,纤维震制取乙醇技术[化学进南科技学院学报,2007,28(4):89-91展,2007,19(7):11291133.[9] RICHARD BP, HA SJ, HOU C Feasibility of Ligno Cellulo[20]陈洪章,王岚。生物质能源转化技术与应用()[生物质ic Biorefing Dept of Wood and Pulp Science[M]. 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