纤维素乙醇的简介

利用纤维质原料生产燃料乙醇的实现意义是：纤维乙醇，是用秸秆、农作物壳皮茎秆、树叶、落叶、林业边角余料和城乡有机垃圾等纤维为原料生产的燃料乙醇，可加入汽油中的品质改善剂、增氧剂，可作为一种优良的燃油品质改善剂被广泛使用。

制造燃料乙醇的原料分为三种：

1、玉米、小麦等粮食作物；

2、红薯、木薯、甜高粱等非粮作物；

3、农作物秸秆、林业加工废料、甘蔗渣及城市垃圾中所含的废弃物。

燃料乙醇的主要原料有雅津甜高粱、玉米、木薯、海藻、雅津糖芋、苦配巴树等。

扩展资料：

燃料乙醇拥有清洁、可再生等特点，可以降低汽车尾气中一氧化碳和碳氢化合物的排放。未来我国燃料乙醇行业的重点是降低生产成本、减少政府补贴。

为此制定生物燃料乙醇生产过程的消耗控制规范，及产品质量技术标准，统一燃料乙醇生产消耗定额标准，包括物耗、水耗、能耗等，是降本增效的有力手段。

参考资料来源：

百度百科-燃料乙醇

或许很多人还不知道，乙醇可以替代汽油成为汽车的燃料。实际上，世界上已经有超过500万辆汽车使用乙醇作为燃料，这些乙醇燃料汽车不仅比使用汽油作燃料的汽车更经济，而且几乎不会向环境排放有害的温室气体。随着国际原油价格扶摇直上和氢能经济的遥遥无期，经济学家预测未来只有乙醇才会真正替代汽油成为人类赖以生存的绿色燃料。

技术、资金和政策已经成熟

2005年，美国能源部公布了一个预测数字：他们认为到2030年，美国汽车燃料消费结构中，30%将是乙醇燃料。但实际上专家认为我们可能并不需要等那么久，因为很多人已经认识到乙醇将是未来一种革命性的燃料。在美国，从风险投资到华尔街商人，从汽车生产厂商、环境学家到农场主已经不再谈论乙醇能否替代汽油，而是悄悄地行动起来，大量的资金开始流向生物提炼厂，汽车引擎也被改装成可以燃烧乙醇和汽油的混合引擎，大量的研究经费被投入到科研机构以使乙醇生产成本更低。专家预测，未来5年，伴随着国际原油价格的不断攀升，乙醇将在世界上成为一种主要的能源解决方案，他们坚信，随着技术的不断进步，在不增加耕地面积和不改变人们的膳食结构的条件下，利用纤维素做主要原料所生产的乙醇完全能够取代石油满足目前人类的能源需求。

尽管还有很多人认为氢能会最终替代化石燃料，但是实际上氢能经济还很遥远。从氢的制造到运输，从氢加气站到使用氢气作能源的汽车，这些投资加起来需要上万亿美元的投入，而乙醇燃料则是一种更现实的实现方式。目前的加油站只需做少许改动就可以加乙醇燃料，这些乙醇燃料含85%的乙醇和15%的汽油，每辆汽车只需花200美元的改装费就可以使用乙醇汽油。在巴西，3/4新车既可以使用乙醇又可以使用汽油作为燃料，由于大量乙醇燃料的使用，巴西已经彻底摆脱了需要石油进口的尴尬局面。

正是看中了乙醇燃料的广阔前景，巨额资金正在投向乙醇燃料行业。ADM公司是美国最大的乙醇生产厂商，每年生产超过10亿加仑的乙醇，去年9月份，该公司宣布将扩大生产能力50%，也就是每年将生产15亿加仑的乙醇。另一家包括比尔盖茨在内的风险投资则计划投资26亿美元建造生产乙醇燃料的工厂，仅此一项投资将增加美国乙醇生产能力40%。一些汽车厂商和石油公司也不甘寂寞，福特汽车公司开始推动乙醇燃料加油站的改造，壳牌公司则在加拿大建造世界上第一个大规模使用纤维素为原料生产乙醇的工厂。埃克森美孚资助斯坦福大学1亿美元用于新型能源的研究，目前已经取得收效。

然而最大的支持者还是美国政府，美国政府规定，乙醇生产厂家每生产1加仑乙醇就可以享受税款51%的退税优惠，仅此一项，乙醇生产厂家5年内就可以增加70亿美元的收入，这将大大刺激生产厂家的积极性，也会大大降低乙醇燃料的生产成本，推动乙醇燃料迅速推广。

乙醇燃料在巴西大行其道

在乙醇燃料应用领域巴西处于绝对领先的地位。巴西是世界上最适宜种植甘蔗的地区之一，甘蔗又是制造乙醇燃料的最好原料，由于具备这一天然的优势，巴西在乙醇燃料的研制和应用上遥遥领先其他国家。与需要长途运输的原油相比，乙醇燃料的生产工厂就建在富产甘蔗的农场旁边，而生产乙醇燃料后的工厂垃圾则直接进行焚烧发电，所发电力直接并入电网。不仅如此，由于巴西多年强力推广乙醇燃料的应用，全国每一个加油站都可以添加乙醇燃料，反过来又带动了乙醇燃料的消费。由于巴西的独特特点，从2002年开始，福特、大众等一些汽车生产厂家尝试推广双燃料汽车，这种汽车既可以使用普通的汽油作为燃料，还可以使用乙醇燃料。这种车一经推出，立刻受到巴西民众的欢迎。2003年和2004年，巴西生产的乙醇燃料比汽油便宜45%，这极大促进了双燃料汽车的销售，2003年双燃料汽车还只占市场总销量的6%，汽车生产厂家预计2005年双燃料汽车的销售量会达到30%，但实际情况却让专家大跌眼镜，2005年的新车销售中，双燃料汽车的比例高达73%，目前巴西在路上行驶的汽车中有130万辆是双燃料汽车。

乙醇燃料的迅速应用改变了巴西的经济结构，由于巴西不再需要进口石油，光这一项费用就为国家节约690亿美元的外汇，这些资金留在巴西国内，使一些农村因种植甘蔗而迅速致富。目前，巴西已经在东南部地区建造了250个乙醇燃料生产工厂，还有50个工厂正在建造当中。

乙醇燃料将是绿色能源的最终出路

巴西的经验给很多国家带来了众多启示，特别是美国的一些风险投资开始深入研究乙醇燃料的未来真正价值，他们通过论证多种模型试图否定乙醇燃料，并将乙醇燃料同多种绿色能源进行比较，其结果令专家大吃一惊，他们的研究发现乙醇燃料将会最终取代汽油成为未来燃料，这个现实不仅会在美国实现，而且在很多国家都会实现。

然而即使是最专业的风险投资也不会认为我们在近期内能够彻底抛弃汽油，以石油为基础的产业链实在太有效了，它已经深入到了我们生活的各个层面，换句话说，我们很难摆脱对石油的依赖。另一方面，很多人还对通过谷物进行发酵获得的乙醇是否足够满足人类对燃料的需求表示怀疑，很多人担心，以谷物为原料大量生产乙醇将会改变人类的膳食结构，有些批评家认为从谷物中获取乙醇将消耗更多的能量。美国能源部的最终报告使所有争吵者平静了下来，美国政府认为：就关键能源和对环境的正面影响，通过谷物生产的乙醇明显领先通过石油生产的燃料，而未来通过纤维素生产的乙醇则会做的更好。

通过纤维素生产的乙醇使用秸秆、草皮和树皮，这些纤维素人类并不能食用，根本就不会威胁人类的食物供应。研究人员通过使用特定的酶将纤维素进行分解获得简单的糖类物质，再把这些糖类物质转化成能量使用。纤维素在自然界是大量存在的，通过纤维素所获的乙醇是非常洁净的，可以和汽油一样有效驱动汽车行驶，更重要的一个原因，我们不再需要重新发明汽车，这将使我们的汽车工业继续发展下去，不会造成巨大的浪费。目前，可以消化纤维素的酶已经可以在工业上大量应用，像汰渍洗衣粉中就添加了可以分解纤维素的酶，这样洗出来的衣物更加干净。专家估计，酶已经使纤维素乙醇的成本从5年前的5美元/加仑降低到0.2美元/加仑，现在生产乙醇的工厂需要做的唯一工作是摸索出大规模生产的经验。

光靠企业的努力是远远不够的，政府在新能源的推广上力量非同小可。为加快乙醇燃料的迅速应用，美国政府要求到2013年纤维素乙醇燃料的年使用量要达到2.5亿加仑。除此之外，专家们还建议美国政府消除高达54%的从巴西进口乙醇汽油的关税，由于甘蔗更适合制造乙醇，因此巴西生产的乙醇燃料更便宜。降低关税将使更多的人能够使用乙醇燃料，同时会促使更多的加油站进行改造，以供应乙醇燃料，进一步促进乙醇燃料的大量应用。很多专家还认为，一些石油公司巨头还应加大绿色能源的投资力度，壳牌公司仅在俄罗斯的投入就高达200亿美元，而绿色能源的投入与之相比就显得小巫见大巫了。

当然，乙醇燃料从理想到现实不会一蹴而就，巴西历经数十年在国际原油价格还没有居高不下的情况下就开始应用乙醇燃料，才取得现在的成就。专家提示：越早开始推广乙醇燃料，就会越快从依赖石油的泥潭中解脱出来，国际原油价格再也不可能回到每桶20美元的价格，随着世界新兴市场的崛起，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。

2/山东禹城龙力生物科技有限公司利用现代生物技术酶解工业纤维废渣生产生物乙醇项目获省发改委批复立项，项目总投资16211万元，年产生物乙醇5万吨，这是山东省首个获得批复的纤维素乙醇项目

年40万吨燃料乙醇改扩建项目是吉林燃料乙醇有限公司实施的一项重大技改工程。随着吉林、辽宁两省车用乙醇汽油的大力推广，燃料乙醇产品销量稳步攀升。

3/国家发改委工业司,生物燃料乙醇及车用乙醇汽油"十一五"发展专项规划》和《生物燃料乙醇产业发展政策》

4/如何从稻草中获取乙醇

在加拿大渥太华，世界上第一个大规模生产纤维素乙醇的实验工厂正在进行最后的调试，在图示中，1000磅的稻草首先要经过步骤1变成蓬松状态，然后经过步骤2进行粉碎后进入“蒸汽爆破”程序（步骤3），这一步骤使稻草变成十分微小的碎片，随后添加纤维素酶（步骤4）将这些碎片转变成糖类物质（这个过程需要数天时间），这些糖类物质经过传统发酵程序（步骤5）再经过蒸馏（步骤六）成为高纯度乙醇，这些乙醇通过添加汽油（步骤7）就可变成35至40加仑可以供双燃料汽车（步骤8）使用的乙醇燃料。

5/好

燃料乙醇，又叫生物乙醇，是指通过生物处理过程得到的乙醇。如今乙醇已有95%是生物乙醇，只有5%是由原油、天然气或煤炭生产的。目前，乙醇生产主要以淀粉类（粮食作物为主，如玉米、木薯等）和糖类（如甘蔗、甜菜等）作为发酵原料，采用微生物法发酵生产乙醇技术已成熟，但是高昂的原料成本使粮食发酵生产乙醇的工业应用受到限制，同时存在与人争粮或与粮争地等弊端，因此寻找新的原料势在必行。

纤维素（cellulose）是地球上最丰富的可再生资源，据测算年总产量高达1500×108t，其中蕴储着巨大的生物质能。我国每年作物秸秆（如稻草、麦秆等）的产量可达7×108t左右（相当于5×108t标煤）。纤维素是一种多糖物质，每个纤维素大分子是由n个葡萄糖残基（葡萄糖酐），彼此以1-4甙键（氧桥）联结而形成的。如图16.1所示。

图16.1 纤维素结构示意

纤维素在常温下不发生水解，高温下水解也很缓慢。只有在催化剂的作用下，纤维素的水解反应才显著进行，常用的催化剂是无机酸或纤维素酶。纤维素酶在生物乙醇转化过程中起着非常重要的作用，可将纤维素、半纤维素水解成葡萄糖，为转化为乙醇提供丰富的底物；自然界中的酵母和少数细菌能够在厌氧条件下发酵葡萄糖生成乙醇。其中，纤维素酶水解方程式如下（牟晓红，2009）：

木霉生物学

利用纤维素酶将天然纤维素降解成葡萄糖的过程中，必须依靠纤维素酶的3种组分协同作用完成，即纤维素大分子首先在内切型-β-葡聚糖酶（EC3.2.1.4，也称Cx酶、CMC酶、EG）和外切型-β-葡聚糖酶（EC3.2.1.91，也称Cl酶、纤维二糖水解酶或CBH）的作用下降解成纤维二糖，再进一步在纤维二糖酶（EC3.2.1.21，也称β-葡萄糖苷酶或CB）作用下生成葡萄糖。

目前，国内外以植物纤维素为原料生产燃料乙醇的各种工艺中，主要有四种糖化发酵工艺，分别是分段糖化与发酵（SHF）、同步糖化发酵（SSF）、同步糖化共发酵（SSCF）和联合生物加工工艺（CBP）。SSCF工艺可以在同一发酵罐中同时进行纤维素酶水解和C5糖和C6糖的发酵，该工艺不仅有利于缓解葡萄糖对纤维素酶的反馈抑制作用，节省设备投资，还有利于发酵液中乙醇的积累，提高发酵液中最终的乙醇浓度，降低乙醇回收单元中乙醇蒸馏的能耗，大幅度降低生产成本。利用纤维素生产生物乙醇的同步糖化共发酵过程图如图16.2（Carlos Sáez，2000）。

许多微生物都会产生纤维素酶，但最适合于水解纤维素的酶来自于木霉。T.reesei是世界上研究和应用最广泛的纤维素酶工业微生物，它的优点在于它的酶系纤维素酶活性高并且能生产大量的胞外蛋白，它的酶系中60%以上的蛋白是外切酶（CBH），对于结晶性纤维素有很强的降解能力。

图16.2 纤维素原料生产乙醇示意

1998年，南京林业大学在黑龙江建成了完整的植物纤维生产燃料乙醇中试生产线，该生产线日处理农林植物纤维5t（日产乙醇0.8t）。风干植物纤维经蒸汽爆破预处理，纤维素酶制备所用菌株是T.reesei和酵母菌NL05，纤维素酶的制备在20m3的生物反应器中进行，T.reesei以汽喷料为碳源，在一定的搅拌速度和通风量下合成纤维素酶，完成一个产酶周期后酶液用于剩余汽喷料的水解。植物纤维的酶水解在2台32m3的反应器中进行，每天取汽喷料的10%用于纤维素酶的制备，产生的纤维素酶酶解剩余90%的汽喷料。酶解温度（50±1）℃、酶解初始 pH 值4.80。戊糖己糖同步乙醇发酵菌株是毕赤酵母NL02，酶水解液的乙醇发酵在一台5m3的发酵罐中进行。植物纤维汽喷料在纤维素酶的作用下降解成单糖后，经过压滤和洗涤得到一定浓度的水解糖液，水解糖液中的戊糖和己糖被酵母在限制性供氧条件下同步发酵成乙醇。

美国能源部与诺维信合作，投资3000万美元进行纤维素水解酶的开发，研究将玉米秸酶解成糖，再发酵制乙醇；还与DOE合作建设年处理玉米秸200t、生产燃料乙醇6900gal的中试装置，其生产技术分以下几步：先将玉米秸粉碎，用1.1%硫酸预处理；然后加木霉纤维素酶糖化36 h，使纤维素90%转化成葡萄糖；将糖浆冷却至41℃，连续发酵得到浓度为7.5%的乙醇；经蒸馏分子筛吸附脱水，生成99.5%乙醇，废渣经干燥用作燃料。

另外，Stevenson等（2002）报道了利用木霉直接发酵纤维素生产乙醇的方法，这更扩展了木霉发酵生产乙醇的途径。他们从牛粪中分离到一株木霉菌A10，该菌株在厌氧条件下可以将纤维素或者糖类物质直接转化为乙醇，在纤维素含量为50g/L的MM培养基中厌氧培养，乙醇产量为0.4mg/L，通过优化培养条件，采取分阶段预培养和深层厌氧培养后乙醇产量可达2g/L，以葡萄糖作为碳源乙醇产量最高可达5g/L，但以木糖作为碳源，乙醇产量最低。

燃料乙醇指 以生物物质为原料通过生物发酵等途径获得的可作为燃料用的乙醇。燃料乙醇经变性后与汽油按一定比例混合可制车用乙醇汽油。

燃料乙醇生产技术主要有第一代和第二代两种。第一代燃料乙醇技术是以糖质和淀粉质作物为原料生产乙醇。其工艺流程一般分为五个阶段，即液化、糖化、发酵、蒸馏、脱水。第二代燃料乙醇技术是以木质纤维素质为原料生产乙醇。与第一代技术相比，第二代燃料乙醇技术首先要进行预处理，即脱去木质素，增加原料的疏松性以增加各种酶与纤维素的接触，提高酶效率。待原料分解为可发酵糖类后，再进入发酵、蒸馏和脱水。

我国燃料乙醇的主要原料是陈化粮和木薯、甜高粱,地瓜等淀粉质或糖质非粮作物 ，今后研发的重点主要集中在以木质纤维素为原料的第二代燃料乙醇技术 。国家发改委已核准了广西的木薯燃料乙醇、内蒙的甜高粱燃料乙醇和山东的木糖渣燃料乙醇等非粮试点等项目，以农林废弃物等木质纤维素原料制取乙醇燃料技术也己进入年产万吨级规模的中试阶段。 最近几年，由于石油价格的波动，燃料乙醇的消费增长也在提速。中国燃料乙醇产业起步较晚，但发展迅速，燃料乙醇在中国具有广阔前景。随着国内石油需求的进一步提高，以乙醇等替代能源为代表的能源供应多元化战略已成为中国能源政策的一个方向。中国已成为世界上继巴西、美国之后第三大生物燃料乙醇生产国和应用国。国家发改委出台《关于促进玉米深加工业健康发展的指导意见》，要求不再建设新的以玉米为主要原料的燃料乙醇项目，并大力鼓励发展以非粮作物为原料开发燃料乙醇。燃料乙醇走向了非粮乙醇发展的道路，并得到了快速发展。

燃料乙醇拥有清洁、可再生等特点，可以降低汽车尾气中一氧化碳和碳氢化合物的排放。未来我国燃料乙醇行业的重点是降低生产成本、减少政府补贴，为此，制定生物燃料乙醇生产过程的消耗控制规范，及产品质量技术标准，统一燃料乙醇生产消耗定额标准，包括物耗、水耗、能耗等，是降本增效的有力手段。

发酵法采用各种含糖（双糖）、淀粉（多糖）、纤维素（多缩己糖）的农产品，农林业副产物及野生植物为原料，经过水解（即糖化）、发酵使双糖、多糖转化为单糖并进一步转化为乙醇。淀粉质在微生物作用下，水解为葡萄糖，再进一步发酵生成乙醇。发酵法制酒精生产过程包括原料预处理、蒸煮、糖化、发酵、蒸馏、废醪处理等。

成熟的发酵醪内，乙醇质量浓度一般为8-10%（w）。由于原料不同，水解产物中乙醇含量高低相异，如谷物发酵醪液中乙醇的质量分数不高于12%,纤维素可用酶或酸水解，如亚硫酸法造纸浆水解液中仅含乙醇约1.5%。除含乙醇和大量水外，还有固体物质和许多杂质，需通过蒸馏把发酵醪液中的乙醇蒸出，得到高浓度乙醇，同时副产杂醇油及大量酒糟。 脱水技术是燃料乙醇生产关键技术之一。从普通蒸馏工段出来的乙醇，其最高质量浓度只能达到95%，要进一步的浓缩，继续用普通蒸馏的方法是无法完成的，因为此时，酒精和水形成了恒沸物（对应的恒沸温度为78.15℃），难以用普通蒸馏的方法分离开来。为了提高乙醇浓度，去除多余的水分，就需采用特殊的脱水方法。

制备燃料乙醇的方法主要有化学反应脱水法、恒沸精馏、萃取精馏、吸附、膜分离、真空蒸馏法、离子交换树脂法等。