纤维质燃料乙醇的生产现状

科技论坛●29.纤维质燃料乙醇的生产现状张迪陆一敏(黑龙江粮食职业学院粮油工程系,黑龙江哈尔滨150080)摘要:纤维质燃料乙醇是未来能源危机的最佳解决方案 ,对纤维质燃料乙醇的技术、生产现状及存在问题进行了探讨。关键词:纤维质;乙醇;燃料自20世纪70年代能源危机以来,人们开始寻找新的可再生燃我国人均石油资源占有量仅为世界人均水平的十分之- ,20世料来替代石油,纤维质是地球上数量最大的可再生能源,利用其作纪80年代以来，石油年产量远远低于消费量，1993年起成为石油为廉价的原料生产燃料乙醇是解决世界能源危机的最有效途径"。净进口国。 近年来,随着科技的进步,我国的农业生产有了质的变1纤维质化,高效、节能和无污染的发酵乙醇生产技术也有了重大发展。与此纤维质是指自然界生长的未经处理的植物的叶、茎、根等材料，同时 ,由于经济的快速发展,能源短缺现象也更加严重。另外,我国地球上每年大约形成1000亿吨纤维质.是自然界分布最广、含量最当前的环境污染严重。 经测试,在大气污染物中,44% ~ 75%的- -氧多、价格最低廉的可再生资源叫。化碳和碳氢化合物来自汽车尾气,机动车排放污染已是城市污染的纤维质主要由纤维素、半纤维素和木质素三种物质组成。据D.主要原因。 鉴于以上原因,发展燃料乙醇的紧迫性再次展现在我们A.J.Goring等研究,在纤维质细胞中,这三种组分均呈不连续的层状面前结构。纤维素构成细胞壁的骨架，木质索和半纤维素则是微细纤维3纤维质燃料乙醇生产现状之间的填充剂和粘结剂”。利用经济作物生产乙醇是成熟的技术。而近几年,全球范围内纤维素是由β_D-葡萄糖通过β-1,4- 糖苷键联结而成的线的饥饿问题逐步 显现,经济作物生产乙醇是一种浪费,而用纤维质性高分子化合物,经酶解或酸水解，可以得到葡萄糖'。半纤维素分作为更廉价的乙醇生产原料 ,是未来乙醇行业的发展趋势。子结构包括戊糖基,己糖基,糖醛酸基和乙酰基,经酶解可得到单糖近年来,我国的浙江大学、山东大学等单位在纤维质乙醇方面(主要是木糖)。木质素是- -种多分枝的高分子量化合物,无法转化成进行 了大量研究,在纤维素酶生产、纤维原料酶水解及乙醇发酵等乙醇,但可直接作为燃料。几个关键环节都取得了进展。根据浙江大学完成的以玉米芯生产乙纤维质中的有机成分以纤维素和半纤维素为主，其次为木质醇的中试结果， 乙醇的成本是3500 ~ 4000元1吨，但如果作为燃素蛋白质氨基酸和单宁等。可用于乙醇生产的纤维质资源主要包料, 价格是比较高的问。括稻草、麦秸、玉米秸、玉米芯、大豆杆软木、甘蔗糖渣等。其中稻4纤维质燃料乙醇生产技术草,麦秸和玉米秸杆的产量最高,可利用价值也最大。纤维质中的纤维素和半纤维素可用作燃料乙醇的生产。但由于2燃料乙醇工业现状有木质素包裹,使纤维素、半纤维素的水解变得异常困难,必须通过乙醇是- -种重要的工业原料,广 泛应用于化工、食品饮料工业预处理破 坏纤维质的高级结构,才能使纤维素和半纤维素生产乙醇和医药卫生等领域,又是最有希望替代石油的可再生能源,具有十成为可 能。经过预处理后,纤维索和半纤维素被分离出来,可利用酸分广泛的发展前景。或酶将它们水解成单糖,再利用酵母进行发酵,蒸馏后即可得到乙世界四大乙醇生产国是美国.巴西、中国和俄罗斯。美国年产量醇"。约2500万吨，其中90%以上用于制备汽油醇。巴西年产量高达5展望2200万吨，几乎全部作为燃料以代替汽油。中国年产量约350万纤维,质燃料乙醇工艺主要分为预处理、水解和发酵三个步骤。吨，主要应用于食用和工业溶剂。俄罗斯年产量约100万吨,主要用其中预处理技 术近年来已有较大进步,纤维素和半纤维索的得率都于配制伏特加等乙醇饮料。得到了较大提高。随着生物技术的快速发展,纤维素酶,半纤维素酶生产乙醇的原料主要是甜菜、甘蔗,约占原料总量的60%,其次的酶活也在不断提高,酶水解法条件的大量研究,也使得纤维质的是谷物,约占33%,化学合成的乙醇仅占7%。当前全球乙醇的用途可发酵 糖得率达到了较高水平。而发酵步骤是此工艺的关键步骤，以燃料乙醇为主,占66%，食用乙醇14%,工业溶剂11%,其它化学发酵菌株的优劣， 对于最终纤维质生产乙醇的产率有决定性的意工业9%。鉴于石油资源危机日趋严重,燃料乙醇所占的比重将会进义。 因此，-株优秀的发酵菌株.对纤维质乙醇工业及未来的可再生一步加大。能源产业都将有着深远的影响。目前,燃料乙醇主要有三种形式,分别是汽油醇.变性乙醇和生参考文献物柴油。[1yD McMillan. Bioethanol production: Status and prospects []将无水乙醇以10%的比例掺人汽油中,称为汽油醇，又因为其Renewable Energy, 1997, 10(2- -3): 295-302乙醇含量为10%而被称为E-10。在食用乙醇中加人变性剂如2~ [2] 骆光林.农业工程技术创新与可持续农业[]. 农业工程学报,3%的汽油,少量的染料或荧光剂等难分离的物质,称为变性乙醇。1999, 15(1):22- -26.生物柴油是含乙醇15% .柴油80%和5%添加剂的混合柴油。[3]杨斌,高孔荣甘蔗渣的糖化及转化为酒精的研究概况[J]食品与燃料乙醇的使用可以改善环境污染。乙醇的含氧量高达35%，发酵 工业, 1995 ,216):61-65.比传统的汽油增氧剂MTBE高近- -倍， 且辛烷值也高于MTBE.是[4]李俊英, 张桂,陈学武,等.玉米秸杆的酶水解糖化[],酿酒,MTBE的理想替代品。乙醇燃烧所排放的一氧化碳和含硫气体均低2000,2:52-54.于汽油燃烧的排放量，汽车尾气中的一氧化碳含量可降低30%左[5]黄忠干.农作物秸秆资源的综合利用[].资源开发与市场,199,15.右。因此,乙醇也被称为“清洁燃料”间。():32-34.美国大力支持燃料乙醇工业。1979 年就开始通过立法以玉米[6)胡代泽 .我国农作物秸秆资源的利用现状与前景[J]资源开发与市为原料生产燃料乙醇,美国的燃料乙醇工业技术成熟,而且有着丰场,200中国煤化工以,硕士,教师,研究方向富的原料来源。近年来,美国的燃料乙醇市场逐步扩大, -种含乙醇高达85%的燃料E- 85已经投放市场,目前在美国已有100多个加为农产CNMHG油站试用该原料。而生物柴油的市场也相当庞大，当前,不仅是汽车,其它机动车辆和机动设备如飞机、摩托车、机动雪橇等也都在积极进行生物柴油使用的研究。