什么是生物乙醇

生物乙醇是指通过微生物的发酵将各种生物质转化为燃料酒精。它可以单独或与汽油混配制成乙醇汽油作为汽车燃料。

汽油掺乙醇有两个作用：一是乙醇辛烷值高达115，可以取代污染环境的含铅添加剂来改善汽油的防爆性能；二是乙醇含氧量高，可以改善燃烧，减少发动机内的碳沉淀和-氧化碳等不完全燃烧污染物排放。同体积的生物乙醇汽油和汽油相比，燃烧热值低30%左右。但因为只掺入10%，热值减少不显著，而且不需要改造发动机就可以使用。

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。

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

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。

生物燃料汽车有哪三种燃料汽车？ 生物燃料汽车有甲醇、乙醇、二甲醚三种。以乙醇汽车为例，以下是乙醇汽车燃料应用方式的具体介绍：1、掺烧方式：乙醇和汽油掺合应用。由于不需要对内燃机及汽车主要部件进行较大技术改动，掺烧方式是乙醇汽车推广应用的主要方式。2、纯烧方式：只将乙醇作为车用主要燃料(E85以上)。3、变性燃料乙醇：乙醇脱水后，再添加变性剂而生成的乙醇，变性燃料乙醇汽车也处于试验应用阶段。4、灵活燃料：既可用汽油，又可以使用乙醇、甲醇等与汽油比例混合的燃料，还可以用氢气，并随时可以切换。 @2019

关于新能源汽车有使用生物乙醇的吗？生物燃料种类多，其中最主要的有酒精、替代燃料、生物柴油、工业酒精等等。

酒精——有机化合物，由于含有一个羟基而与碳水化合物有明显差异。甲醇和乙醇是两种最简单的酒精。

替代燃料——甲醇、变性乙醇及其它酒精；含甲醇、燃料乙醇及其它至少含有85％酒精含量的汽油混合物或酒精与其它燃料的混合物；天然气；液化石油气；氢气；煤提取的液化燃料；从生物材料中提取的非酒精燃料（例如生物柴油）；电力。

无水——指的是不含任何水分的化合物。作为燃料而生产的乙醇，由于水分基本被除尽，一般被称作无水乙醇。

B100——100％（纯）生物柴油。

B20——生物柴油与石油柴油的混合物，其中20％为生物柴油。

生化转化——利用酶和催化剂实现生物材料化学转化，以生产能源产品。例如，利用微生物消化有机废物或废水生产乙醇的过程便是一种生化转化过程。

生物柴油——一种可生物降解的运输燃料，适用于柴油发电机，通过有机提取的油和脂肪之间发生酯交换反应而产生。生物柴油现在是柴油燃料的组成部分。将来也许能够取代柴油。

生物量——可用于生产能量的可再生有机物质，例如农作物、作物废物残留、木材、动物和城市废物、水生植物、菌类生长等。

英制热单位（Btu）——衡量热能的标准单位。1Btu等于在海平面上把一磅水升高一华氏度所需的热量。

二氧化碳（CO2）——一种燃烧产物，近年来已经成为环境关注的焦点。二氧化碳并不会直接危害人类健康，但却是一种温室气体，阻碍地球热量散发，导致全球变暖。

一氧化碳（CO）——一种无色无味的气体，氧气供应不足、燃料不完全燃烧时产生，例如摩托车引擎排放的气体。

碳固化——植物的叶和根从大气中吸收二氧化碳并将其储存；碳转变成土壤中的有机物。

纤维素乙醇——用树木、杂草和作物肥料制造的乙醇被称为纤维素乙醇。

单一燃料车辆——只用一种燃料的车辆。总的说来，由于单一燃料车辆只用一种燃料，设计时可以实现针对该燃料的最优化，因而专用车辆的排放和表现都更加突出。

工业酒精——含有少量有毒物质的乙醇，例如甲醇或汽油，其有毒物质通常不易通过化学或物理方法除去。工业用途的酒精都必需经过变性处理，不然，则需缴纳联邦酒精饮料税。

E10——酒精混合物，含有10％酒精和90％无铅汽油。

E85——酒精/汽油混合物，含有85％工业酒精和15％汽油。

乙醇——可以通过乙烯化学反应产生，也可以通过发酵农作物和作物树木纤维残留物中碳水化合物所含的糖而产生。在美国，其作为汽油辛烷添加剂和氧化剂使用。当浓度达到10％时，可将辛烷从2.5提高到3.0。乙醇还可以在优化改造的替代燃料汽车中以更高的浓度使用。

给料——任何转变为其它形式燃料和能源产物的材料。例如，玉米淀粉可以作为乙醇生产的给料。

发酵——微生物对糖等有机物的酶转化。通常有气体产生，例如葡萄糖发酵产生乙醇和二氧化碳。

可适用多种燃料汽车——带有普通燃料箱，但该种车辆能使用无铅汽油与乙醇或甲醇各种比例混合的燃料。

基础设施——通常指的是替代燃料车辆的加油和加燃料网络，这对于替代燃料车辆的开发、生产、商业化和运作非常重要。具体包括燃料供应、公共和私有加油加燃料设施、加油站的具体标准、客户服务、教育和培训以及建立规范条规。

目前生物燃料的研究焦点还集中在乙醇上，乙醇是我们日常所喝的酒的主要成份，所以又叫酒精。但这并不是惟一的出路，也不是最好的出路。乙醇是通过植物发酵获得的，虽然它可以作为一种很不错的燃料，但它也有许多不足之处，比如它不像汽油那样具有爆炸性，而且它会吸收水分，容易引起氧化、生锈和腐蚀。假如经常用它来代替汽油使用，可能有天汽车会突然起火、油箱里长满铁锈，或者等着车被慢慢地腐蚀掉。

诸如生物柴油和生物乙醇等替代燃料,在许多国家以不同混合比-从E5和E10，直到E100被采用。生物柴油的生产从压榨开始，然后是利用包括酯化和蒸馏等技术处理油品，这种加工工艺产生的副产品甘油可以转到集成蒸馏设备用来生产医药等级的甘油。这种甘油还可以用作石化行业的绿色原料。

生物燃料是指从植物中提取、适用于内燃发动机的燃料主要包括生物乙醇、生物柴油、乙基叔丁基醚等。目前生物燃料主要以乙醇燃料和生物柴油为主。乙醇俗称酒精乙醇汽车是使用乙醇或乙醇汽油作为主要动力燃料的机动车。具体说明如下：1、简介：目前生物乙醇燃料已成为世界公认的环保燃料和取代化石燃料的主要资源之一。世界乙醇产销量中的2\u002F3用于燃料。由于乙醇的性质和汽油较为接近在汽车上使用乙醇可以提高燃料的辛烷值增加氧含量使汽车缸内燃烧更完全从而降低尾气有害物的排放。目前世界上使用汽油-乙醇混合燃料代替汽油无论是从生产上和应用上的技术都日趋成熟。2、乙醇汽车的燃料应用方式有四种：一种是掺烧方式即乙醇和汽油掺合应用。由于不需要对内燃机及汽车主要部件进行较大技术改动掺烧方式是乙醇汽车推广应用的主要方式。第二种是纯烧方式即只将乙醇作为车用主要燃料(E85以上)。第三种是变性燃料乙醇指乙醇脱水后再添加变性剂而生成的乙醇变性燃料乙醇汽车也处于试验应用阶段。第四种是灵活燃料指既可用汽油又可以使用乙醇、甲醇等与汽油比例混合的燃料还可以用氢气并随时可以切换。目前除掺烧方式外其他三种仍然处于试验阶段。