什么是生物乙醇

乙醇是生物质能，可以从自然界源源不断的得到，属于可再生能源．

乙醇的热值q＝

故答案为：可；4.5×107

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。

中文名

生物乙醇

性质

用发酵将生物质转化燃料酒精

现状

以粮食作物为原料

地区

主要是美国、巴西等国

快速

导航

发展现状争议商业使用研究进展

作用

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。

生物乙醇

发展

工业化生产的燃料乙醇绝大多数是以粮食作物为原料的，从长远来看具有规模限制和不可持续性。以木质纤维素为原料的第二代生物燃料乙醇是决定未来大规模替代石油的关键。

美国能源部预计纤维素燃料乙醇可能在2012年左右即可取得重要突破，而欧洲的一些研究机构则认为大约在2015－2020年，此外还有一些研究机构认为则有可能在2025年之后纤维素燃料乙醇才能进入规模生产和市场应用阶段。除了燃料乙醇外，一些企业还选择研发生物质气化生产生物柴油、费托合成柴油和生物质液化生产生物柴油等技术的关键问题，为未来规模应用储备技术，为抢占未来市场打基础。

美国业界普遍认为生产纤维素乙醇的成本在3-4美元/加仑之间，即0.8-1美元/升。在纤维素燃料乙醇实现商业化生产之后，预计其生产成本在0.53美元/升左右，稍低于玉米乙醇价格。如果玉米等粮食作物的价格继续上涨，纤维素乙醇实现量产之后的价格极具竞争力。但生产纤维素乙醇的前期投资较大，根据美国一些研究机构的测算，生产规模相同的条件下，纤维素燃料乙醇需要的投资是玉米燃料乙醇的7-8倍。

中国在纤维素酶生产技术、戊糖发酵菌株构建等方面还没有取得根本性突破，各单位中试研究的每吨纤维素乙醇的原料消耗都在6吨以上，生产成本估算都在5000-6500元/吨乙醇以上，还不适合于工业化生产。理性估算，中国的纤维素乙醇形成规模化生产至少还要3-4年以上研究。河南天冠、安徽丰原等公司的纤维素燃料乙醇的研发和示范走在全国前列。

现状

近两年来，各大能源消费国竞先寻求替代石油的新能源。美国和欧洲不约而同地都选择生物燃料乙醇作为主要的替代运输燃料，并制订了雄心勃勃的开发计划。2007年1月，美国总统布什在《国情咨文》中宣称，美国计划在今后10年中将其国内的汽油消费量减少20%，其中15%通过使用替代燃料实现，计划到2017年燃料乙醇的年使用量达到1325亿升，是年使用量的7倍。2007年3月，欧盟27国出台了新的共同能源政策，计划到2020年实现生物燃料乙醇使用量占车用燃料的10%。[1]

生物乙醇

继2008年增长60%后，欧盟2009年的乙醇生产量又继续增长，增长了31%，欧盟乙醇生产量已从2008年28亿升增长到2009年37亿升。虽然一些国家，包括奥地利和瑞典，其2009年乙醇产能大大增加，法国仍然是最大的生产国。法国乙醇生产量从2008年10.00亿升增长到2009年12.50亿升。德国也不甘落后，该国2009年乙醇生产量增长32%，至7.50亿升，而第三大生产国西班牙生产量为4.65亿升。总计欧盟18个乙醇生产国家中有6个生产量未增长或保持不变。奥地利和瑞典是唯一乙醇生产量增加一倍以上的生产国，奥地利生产量增加了102%，瑞典生产量增加了124%。他们的排名分别位列第四和第五大生物燃料生产国。欧盟的乙醇总消费量也在上升，欧盟2009年消费量约为43亿升。较2008年的35亿升有大幅度增长。德国消费11.43亿升，使其成为最大的乙醇消费国。法国是第二大消费国，消费7.98亿升；其后是瑞典，消费3.77亿升。预计到2020年，所有欧洲汽油的13%都必须来自于可再生原料。欧洲汽油现仅3.5%来自可再生来源生产，预计在今后10年内可再生运输工业将以超过10倍的速度增长。

北海集团（North Sea Group）是比利时、荷兰、卢森堡经济联盟（Benelux）最大的独立燃料供应商，该公司于2010年3月26日组建乙醇子公司，该子公司将致力于乙醇销售和分配。新的企业命名为北海全球乙醇公司（North Sea Global Ethanol (NSGE)），总部在瑞士Zug，在巴西S?o Paulo拥有子公司。NSGE的目标之一在于使完全可持续的供应链与下游终端应用组合成一体化。

北海集团（North Sea Group）原由Van der Sluijs集团与FNR+ Holding公司 (Frisol, 北海石油, Reinplus Vanwoerden)联合而组成，该集团已作出决定，重点将生物柴油与甘蔗生物乙醇业务集合在一起，以满足可持续发展的需求。

北海全球乙醇公司 (NSGE)是一家国际性的乙醇贸易、分销和投资公司，重点专注于全球乙醇市物。不仅处理燃料乙醇业务，而且也开发工业、医药、化妆品和饮用级乙醇。

中国开发生物燃料乙醇的热潮也在近两年骤然升温。2005年，中国生产燃料乙醇125万吨，2006年增长到133万吨。中国燃料乙醇的消费量已占汽油消费量的20%左右，成为继巴西、美国之后第三大生物燃料乙醇生产国和消费国。

乙醇生产补贴

至2010年5月，三项政策左右美国乙醇行业未来。尽管利润率提高，生产商已从破产困境走出，政府也支持发展生物燃料，但美国乙醇行业整体状况在得到改善的同时，其未来发展仍具不确定性。美国乙醇行业2010年做了三件大事：说服国会继续对乙醇生产给予补贴优惠、延续乙醇进口关税以及提高汽油中乙醇掺混比例。

可再生燃料协会（RFA）主席鲍勃?迪内恩在全美乙醇会议上表示，最大的挑战是确保政府将之前45美分/加仑的乙醇税收补贴优惠计划再延长一段时日，否则的话，美国近40%的乙醇生产将受到严重影响。据了解，美国2009年乙醇总产量约为107亿加仑，比前一年增加了16.5%。

研究人员称，政府取消补贴的话将使美国乙醇行业11.2万人失业。虽然相对于美国的劳动力规模来说，这个数字不算大，但如果这件事发生在美国失业率接近10%的当下，其影响当局不能忽视。

美国的生物燃料计划已经根据《可再生燃料标准》（RFS）立法。因此，到底是继续资助本地乙醇生产，还是通过进口乙醇达到RFS要求，立法者需要作出选择。

乙醇装置建设近况

总部在美国弗吉尼亚州的欧塞奇生物能源（Osage Bio Energy，OBE）公司于2010年3月26日宣布开发冬季大麦乙醇作为先进生物燃料，将利用区域性的谷物，主要是冬季大麦，通过将淀粉转化为糖类、然后发酵的传统的途径，来生产乙醇和高价值的联产品，以供应东海岸市场。OBE公司将于2010年7月在弗吉尼亚州Hopewell为Appomattox生物能源公司(ABE)建设第一家工厂，将于2010年底投产，可生产6500万加仑/年乙醇。

美国清洁能源投资公司（Clean Energy Capital，CEC）于2010年11月6日宣布，在美国加利福尼亚州Imperial Valley开发第一套大型商业化规模甘蔗乙醇炼制厂。生产的乙醇将符合加利福尼亚州的低碳燃料标准。该项目将投资5.75亿美元，生产6600万加仑/年乙醇，足以可满足3.5万户家庭的电力需求，并且产生的生物甲醇可为1万户家庭提供热能需求。与甘蔗具有相似特性的甜高梁也将使用。来自炼油厂对乙醇的强劲需求缘于生产的乙醇将可满足美国最苛刻的低碳燃料指令的要求。这项业务将与主要的国际石油公司签约销售乙醇的长期合同，并从当地农场主购买甘蔗。

世界上最大的乙醇生产商美国Poet公司最新的乙醇装置于2011年3月15日投产，这是该公司第27套乙醇装置，装置位于印第安纳州，年产能为9000万加仑，这将使该州总乙醇生产量超过10亿加仑目标。Poet公司于2010年收购了Poet Biorefining公司，现正在完成投资约3000万美元的改造，包括采用Poet公司专利的发酵工艺BPX，该工艺使用酶替代热，可降低能源成本。该装置也拥有水回收系统和新的污染控制设备。

其他一些州也在考虑采用与加利福尼亚州相同的低碳燃料标准，包括康乃提克州、德拉瓦州、缅因州、马里兰州、马萨诸塞州、新罕布尔州、新泽西州、纽约州、俄勒冈州、宾夕法尼亚州、罗德岛、佛蒙特州和华盛顿州。亚拉巴马州、佛罗里达州、乔治亚州、夏威夷州、路易斯安那州、密西西比州、南卡罗林那州和得克萨斯州在内的一些州，甘蔗将有增长，将成为建设甘蔗乙醇炼制厂的首选地。

争议

2007年9月，经合组织(OECD)发表了题为《生物燃料：是比疾病还要糟糕的治疗方案吗？》的长篇报告，认为发展生物燃料得不偿失，呼吁美国和欧洲国家取消对当前生物液体燃料的补贴政策。在同期召开的OECD“可持续发展圆桌会议”上，针对燃料乙醇的能源投入产出比、经济性、社会和环境影响问题，支持和反对生物燃料的两派展开了激烈辩论。

美国和欧盟似乎还并未对质疑的声音做出反应，而中国已率先开始限制和调控生物燃料乙醇产业。07年底，国家发改委紧急下发《关于加强生物燃料乙醇项目建设管理，促进产业健康发展的通知》，暂停核准和备案玉米加工燃料乙醇项目，并对在建和拟建项目进行全面清理。08年6月，发改委全面叫停粮食乙醇的开发，要求今后生物燃料的发展必须满足不占用耕地、不消耗粮食和不破坏生态环境为前提。

商业使用

全球使用生物乙醇做成ETBE（Ethyl Tertiary Butyl Ether）替代MTBE，通常以5~15%的混合量在不需要修改/替换现有汽车引擎的状况下加入；有些时候ETBE也以替代铅的方式加入汽油中，以提高辛烷值而得到较洁净的汽油；也可以完全替代汽油使用为输送燃料。

使用乙醇的汽车

世界上使用乙醇汽油的国家主要是美国、巴西等国。在美国使用的是E85乙醇汽油，即85%的乙醇和15%的汽油混合作为燃料，而美国是用甘蔗和玉米来生产乙醇的，这种E85汽油的价格与性能与常规汽油相似。早在2003年7月中旬美国威斯康星州、美国乙醇汽车联合会与通用汽车公司就在美国6个州推行E85的使用，将其作为汽油的代用燃料。美国仅有大约140家加油站提供E85，其中大多数在中西部。有300万辆车是既可以用汽油也可以用E85，而且通用汽车公司还在大量生产这种使用两类燃料的汽车。美国每年要消耗30亿加仑的乙醇添加到汽油中。如今E85已占乙醇燃料的85%，也正在受到公众的喜爱。然而，这似乎还不够。为了节能和环保，2005年6月28日美国参议院还通过了一项能源法案，要求到2012年，每年石油供应商应当添加80亿加仑的乙醇到汽油中。

研究进展

日本成功开发出一项新技术，可低成本、高产量地利用稻草生产生物乙醇。[2]

在通常情况下，稻草中的淀粉很难溶解于水，所以，现有技术主要是利用稻草中的纤维素来生产乙醇，淀粉没有得到有效利用。技术人员在稻草原料中增添了一种特殊的碱溶液，并确认淀粉在碱溶液中能充分溶解。然后，再将溶解后的淀粉采用与纤维素不同的生产工艺，使淀粉转化成糖。[2]

日本实验生产设备已经能够用1吨干稻草生产出315升乙醇，与利用原有技术与设备生产相比，产量增加了24%以上，成本也已下降到每升70.7日元（约合0.7美元）。[2]

生物乙醇已成为美国、巴西等国重要的清洁燃料，但生物乙醇基本上用玉米等粮食作物生产，常常会与粮食安全产生矛盾，不具有可持续性。[2]

根据阿得雷德大学的研究，墨西哥沙漠植物龙舌兰有望成为生物燃料和其他生化产品的来源。澳大利亚研究理事会植物细胞壁卓越中心的研究者们发现，每公顷龙舌兰植物每年可以生产多达1.5万升的生物燃料，而且它还可生长在低降雨条件下的贫瘠土地。

研究者们正在寻找乙醇生产的最佳栽培方法，例如利用种植密度和机械化来最大限度地提高产量并优化发酵。龙舌兰植物生产大量的糖，很容易发酵成生物乙醇。研究者们对乙醇产量进行了建模，每公顷植物预测每年可生产4000~15000升乙醇

农业废弃物：是指农业生产过程中的废弃物（如农作物收获时残留在农田内的农作物秸秆）和农业加工过程中的废弃物，如农业生产过程中剩余的稻壳等。

林业废弃物：是指森林生长和林业生产过程提供的生物质能源，包括森林采伐剩余物、木材加工剩余物及育林剪枝剩余物等。

畜禽粪便：主要是指鸡、猪和牛等的粪便排泄，除在牧区有少量的直接燃烧外，禽畜粪便主要是作为沼气的发酵原料。

城市生活垃圾：主要是由居民生活垃圾，商业、服务业垃圾和少量建筑垃圾等废弃物所构成的混合物，成分比较复杂，其构成主要受居民生活水平、能源结构、城市建设、绿化面积以及季节变化的影响。

生物质能按使用方式分为四类：生物质发电、生物燃料（生物乙醇、生物柴油等）、压缩颗料、沼气。

我最近正在做生物质能的研究，可以一起交流。

1．我国的生物质能资源情况

我国拥有丰富的生物质能资源，据测算，我国理论生物质能资源50×108t左右，是我国目前总能耗的4倍。生物质能资源按原料的化学性质分，主要为糖类、淀粉和木质纤维素类。按原料来源分，则主要包括以下几类：（1）农业生产废弃物，主要为作物秸秆。（2）薪柴、枝丫柴和柴草。（3）农林加工废弃物，木屑、谷壳和果壳。（4）人畜粪便和生活有机垃圾等。（5）工业有机废弃物、有机废水和废渣等。（6）能源植物，包括所有可作为能源用途的农作物、林木和水生植物资源等。其中来源最广、储量最大、利用前景最可观的是农业生物质和林业生物质这两大类。

1）农业生物质

农业生物质资源包括农产品加工废弃物和农作物秸秆，如图7.13所示。农产品加工废弃物有花生壳、玉米芯、稻壳和甘蔗渣等；农作物秸秆包括水稻秸秆、小麦秸秆和玉米秸秆等。据统计，我国各地区主要农业生物质的可利用总量约为5.6×108t，排名前三的地区分别是山东、河南、河北，而秸秆类农业生物质资源利用的主要方向为24%用于饲用，15%用于还田，2.3%用于工业，剩余的约60%用于露地燃烧或薪柴。因此，我国的农业生物质资源的应用潜力非常大。

图7.13　农业生物质

2）林业生物质

我国现有森林面积约1.95×108hm2，林业生物质总量超过180×108t，其中可利用的林业生物质资源有以下三类：一类是木本淀粉类资源，如栎类、果实、橡子等；二类是木本油料资源，如油桐、油茶、黄连木、文冠果、麻疯树等；三类是木质燃料资源，如灌木林、薪炭林、林业“三剩物”等。而且，我国还有近4000×104hm2的宜林荒山、荒地可用于种植能源林，还有近600×104hm2疏林地和5000×104hm2郁闭度（指森林中乔木树冠遮蔽地面的程度）低于0.4的低产林地可用于改造。

目前世界上已有20多个国家在种植“柴油树”。我国河北省武安市马家庄乡连绵起伏的青山上，满山遍野生长着枝繁叶茂的黄连木树，这种树木的果实可以提炼柴油，当地群众将它称为“柴油树”。现在武安市共有这样的“柴油树”10万亩，年提炼柴油产量可达1000×104kg。据介绍，到2012年，武安市计划将“柴油树”发展到20万亩，年产柴油量达到2000×104kg。

2．生物质能资源的利用

主要应用在生物乙醇、生物柴油、生物质固体成型燃料和生物质能发电行业。

1）生物乙醇的应用

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。我国生产生物乙醇的原料有甘蔗、甜高粱、木薯等高能品种，并建立了年产能力达5000t的甜高粱茎秆生产乙醇的工业示范装置。因传统粮食生产乙醇价格昂贵，为降低生产成本，我国已转向对微生物混合发酵法的研发。国家发展和改革委员会称，到2020年，我国15%生物质燃料将应用在汽车、轮船等行业。

2）生物柴油的应用

可从动植物油，如大豆、油菜、动物油脂以及餐饮垃圾中提炼生物柴油，因其环保性、润滑性、安全性能良好，可与石化柴油混合作为燃料。2005年6月，我国使用自主研发的生物酶法生产生物柴油，技术指标达到欧美生物柴油标准，标志着我国生物柴油研究取得了突破性进展。2010年生物柴油产能达300×104t/年，主要用于交通运输行业。我国提出了在2020年，生物柴油产能达200×104t的目标，已在海南建立了6×104t/年装置，产量居我国首位。

3）生物质固体成型燃料的应用

生物质固体成型燃料是将城市垃圾或农林废弃物，通过外力作用，压缩成型来增加其密度的可燃物质，具有高效、清洁、无污染等优点。图7.14为生物质捆装压缩示意图。我国的生物质成型燃料生产设备有螺旋挤压式、活塞冲压式、模辊碾压式，燃料形状主要有块状、棒状、颗粒状三种。北京奥科瑞丰公司生物质固体成型燃料年产量为60×104t，居全国首位，主要应用在直接燃烧取暖与工业锅炉等方面。

图7.14　生物质捆装压缩

4）生物质能发电的应用

生物质能发电是利用生物质所具有的生物质能进行的发电，是可再生能源发电的一种，包括农林废弃物直接燃烧发电、农林废弃物气化发电、垃圾焚烧发电、垃圾填埋气发电、沼气发电。为推动生物质能发电技术的发展，2003年以来，国家先后核准批复了河北晋州、山东单县和江苏如东三个秸秆发电示范项目，颁布了《中华人民共和国可再生能源法》，并实施了生物质能发电优惠上网电价等有关配套政策，从而使生物质能发电，特别是秸秆发电迅速发展。

2008年，蒙牛建成全球最大的生物质能沼气发电厂，得到联合国开发计划署环保基金的大力支持。图7.15为蒙牛生物质能沼气发电厂。

图7.15　蒙牛的全球最大生物质能沼气发电厂

3．生物质能开发利用的主要技术

生物质能开发利用在目前阶段的主要技术有三大类：物理转化、化学转化和生物转化。涉及压缩成型、气化、液化、热解、发酵、水解等具体技术，具体情况如图7.16所示。

1）物理转化

生物质的物理转化是将农林废弃物，如秸秆、锯屑、稻壳、蔗渣等，干燥后在一定压力的作用下，压制成棒状、粒状、块状的成型燃料或饲料。农林废弃物主要由纤维素、半纤维素和木质素构成，生物质压缩成型主要是靠木质素的胶结作用。木质素为光合作用形成的天然聚合体，具有复杂的三维结构，是高分子物质，在植物中含量约为15%～30%。当温度达到70～100℃时，木质素开始软化并具有一定的黏度，当温度达到200～300℃时，木质素呈熔融状态，黏度变高，此时施加一定压力就能使木质素与纤维素黏结，使植物体积大量减少，密度显著增加，取消外力后，由于非弹性的纤维分子间的相互缠绕，其仍能保持给定形状，冷却后强度进一步增加，大大降低农林废弃物的体积，便于运输和储存。

图7.16　生物质能开发利用的主要技术

2）化学转化

生物质的化学转化涉及气化、液化和热解等三个方面。

（1）气化：

生物质气化是指在一定的温度条件下，借助氧气或水蒸气的作用，使高聚合的生物质发生热解、氧化、还原等反应，最终转化为CO，H2和低分子烃类等可燃气体的过程。在我国，应用生物质气化技术最广的领域是生物质气化发电（BGPG）。生物质气化发电的成本约为0.2～0.3元/（kW·h），已经接近或优于常规发电，其单位投资约为3500～4000元/kW，仅为煤电的60%～70%，具备进入市场竞争的条件，发展前景非常广阔。

（2）液化：

生物质液化技术是指在高温高压的条件下，进行生物质热化学转化的过程。通过液化，可将生物质转化成高热值的液体产物，即将固态的大分子有机聚合物转化成液态的小分子有机物，生物柴油就是利用生物质液化技术生产出的可再生燃料。油料作物如大豆、油菜、棕榈等在酸性或碱性催化剂和高温的作用下发生酯交换反应，生产相应脂肪酸甲酯或乙酯，再经过洗涤干燥后得到生物柴油。与传统的石化能源相比，其硫和芳烃含量低，十六烷值高，闪点高，具有良好的润滑性，可添加到化石柴油中。

（3）热解：

生物质热解是指利用热能将生物质的大分子打断，从而转化为含碳原子数目较少的低分子化合物的过程，即生物质在完全缺氧条件下，经加热或不完全燃烧后，最终转化成高能量密度的气体、液体和固体产物的过程，而木炭就是利用生物质热解技术生产出的重要产物。木炭产品包括白炭、黑炭、活性炭、机制炭四大类，其中应用范围最广的是活性炭。活性炭是具有发达孔隙结构、强吸附力、比表面积巨大等一系列优点的木炭。在我国，活性炭广泛应用于葡萄糖、味精和医药等产业的生产。

3）生物转化

生物转化技术是指依靠微生物发酵或者酶法水解作用，对生物质进行生物转化，生产出乙醇、氢、甲烷等液体或气体燃料的技术。生物转化的生物质原料包括淀粉和木质纤维素两大类。玉米、木薯、小麦等淀粉类粮食作物是生物转化的主体，但是以农作物为原料转化的产品成本较高，且易受土地和人口的因素限制，产量无法大幅度增加。因此以廉价的农作物废料等木质纤维素为原料的生物转化技术才是解决能源危机的有效途径。然而，木质纤维素的结构和组分与淀粉类原料有很大的不同，解决高效、低成本降解木质纤维素原料的问题是木质纤维素转化产物取代化石燃料的根本途径。

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。

早在19世纪，就出现了现代生物能源乙醇。1902 年，Deutz可燃气发动机工厂特意将1/3的重型机车利用纯乙醇作为燃料，随后的1925 年至1945年间，乙醇被加入到汽油里作为抗爆剂。可以说安全、清洁是乙醇的主要优势。

第一代生物能源正是乙醇（俗称“汽车酒精”）。这类乙醇使用粮食或者甘蔗作为原料，通过淀粉或者蔗糖发酵得到的，而微生物在其中起着至关重要的作用。生物乙醇发酵是目前最大规模的微生物发酵过程。

乙醇可以调入汽油作为车用燃料。美国销售乙醇汽油已有20年历史，我国高粱乙醇在汽油中占10%。

乙醇汽油也被称为“E型汽油”，我国使用乙醇汽油是用90%的普通汽油与10%的燃料乙醇调和而成。它可以改善油品的性能和质量，降低一氧化碳、碳氢化合物等主要污染物排放。

2017-05-01 20:00

新型生物质能一般是指对应化石燃料的甲烷、乙醇和生物柴油及其类似燃料，应用方向主要有发动机燃料替代、生物质能发电以及化工替代原料。有一些热词“秸秆制沼气”、“地沟油制柴油” 一个个跌下神坛，人们看重生物质能的地方是，它既是燃料替代品，也是生活废料的处理站，但人们不断希望着，也不断失望着。

曾经风靡一时的沼气循环

地沟油是流向了工厂还是餐桌？

但是，燃料乙醇给生物质能的应用带来了希望。乙醇首次得到广泛的工业应用，就是作为汽油添加剂出现。乙醇汽油抗爆性、含氧量和环保型上比普通汽油优异，在燃烧值，动力性和耐腐蚀性上有诸多不足。因为国家强制性的尾气排放标准，尽管遭到车主“减量不减价”的吐槽，E10的乙醇汽油还是在全国范围内得到了推广。

乙醇与烃类的氧化燃烧反应

与质量接近的烃类相比，乙醇的氧化反应，需要氧气少，燃烧更完全，尾气少，发动机积炭也会少；但是碳源就会减少，单位能量少，还要考虑到醇类燃烧的热值不足，加上汽化吸热量大，所以导致乙醇相对烃类动力不足。关于中国汽油“减量不减价”的说法，必须要解释一下，事实上乙醇汽油成本比过去的93#系列更高，涨价应该也是可以理解的。但为什么会引发大家吐槽呢？我认为，这源于“几桶油”的价格不透明、盈利不公开，存在贪污腐败以及吃空饷的现象。这是民众对于国资垄断行业的基本不信任，这属于人民内部矛盾，不应该当作乙醇汽油产业的污点，更不该用来否定乙醇汽油的推广政策。

让人爱恨交加的三桶油

乙醇汽油推广政策施行10年后，到2016年，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。但中国的燃料乙醇年产量仅为250万吨（来源中国国家能源局），调合汽油2500万吨，但仅占当年全国汽油总消费量的20%，中国乙醇产业规模只占全球的3%，远远落后于美国和巴西。市场需求表明，中国燃料乙醇是供不应求的，如何提高乙醇产能是近期整个行业的主要任务。

另一个方面，中国陈化粮库存的近年来一直居高不下，而前些年中国科技界对淀粉类粮食转化乙醇的技术研究也基本成熟，这样市场需求、社会需要和技术支撑完美的结合在一起，催生燃料乙醇产业的高速发展，同时也带动上线产业—农业耕地的合理利用。

燃料乙醇产业会改进农业抛荒问题吗？

乙醇产业能否让陈化粮远离餐桌？

但是市场讯息万变，未来几年内，当陈化粮库存耗尽，E10、E15、E20，甚至是E85逐步推广全国，乙醇产业一定会侵吞更多的食用粮食，并且刺激非农粮业的不合理耕种，导致粮食生产单一化、食品工业危机甚至粮食危机的提前爆发。

农业产业与油企的矛盾

所以粮食制乙醇的产业机制应该不提倡，产量也必须限制，政策补贴应该适当减少或者取消。相比之下，另一条路——纤维素制乙醇是更合理的循环经济模式。

纤维素生物质的碳循环经济

植物废料，如秸秆、草杆的主要成分——纤维素，一直以来都是以焚烧肥地的方式参加到农业循环中，造成了严重的大气污染。而现在的技术可以让它摇身一变，成为生产能源的原材料，其他的的副产物也可以回到农业循环中。这种生态循环是最健康的循环机制。

这是反应式的简化，事实纤维素转化乙醇的工业方式单一、产能有限、效率低下、能耗和水消耗量非常大，高效纤维素酶未能工业化，微生物降解更是在实验室阶段。这一系列导致燃料乙醇无法得到量产，我们国家也面临这样的抉择——到底是大力发展现在低效模式还是减缓推广力度？

纤维素乙醇的技术整合

美国的经验是可以借鉴了，但是美国人均可耕地面积、粮食产量和淡水资源都是远超中国的，一定程度上，他可以一边发展粮食制乙醇，一边研究纤维素制乙醇，将汽油中的乙醇含量逐步提高。中国更加恶劣的资源环境条件，要求我们更合理更科学地完善乙醇产业，一边限定粮食制乙醇的产量，一边研究纤维素制乙醇，将E10汽油缓慢推广。

产粮大国-美国有更多的乙醇原料

这方面的科技水平，中美差距并不是很大，但中国的环境更迫切地要求纤维素乙醇技术的进步。只有技术革新，带动市场推广，带动粮食合理生产，推进产业的生态循环，才是燃料乙醇的根本出路，而不是单靠政府补贴和强制性的推广。

农业物联网技术将合理化燃料乙醇的产业结构

尽管诸多技术难题亟待解决，市场规范也需要完善，但是瑕不掩瑜。燃料乙醇将是清洁能源的代表——退，可以立足于乙醇汽油的现状；进，可以展望未来汽油的完全替代。在它的带领下，不久的将来，生物质能的开发一定可以与风能太阳能的利用平分秋色。

清洁能源-燃料乙醇

生物质能是自然界中有生命的植物提供的能量。这些植物以生物质作为媒介储存太阳能。属再生能源。据计算，生物质储存的能量为270亿千瓦，比目前世界能源消费总量大2倍。人类历史上最早使用的能源是生物质能。19世纪后半期以前，人类利用的能源以薪柴为主。当前较为有效地利用生物质能的方式有： (1) 制取沼气。主要是利用城乡有机垃圾、秸杆、水、人畜粪便，通过厌氧消化产生可燃气体甲烷，供生活、生产之用。(2) 利用生物质制取酒精。当前的世界能源结构中，生物质能所占比重微乎其微。

1.什么是生物质？什么是生物质能？生物质（biomass）可以理解为自然界通过光合作用产生的一切生命体（动、植、微生物）及其代谢的产物（粪便、秸秆）等。

生物质能（biomass energy）则可以简单地理解为这些生命体里所蕴含的能量，是一种能源。2.身边的生物质能利用         就拿国内来说，已经规模化利用方式有主要有沼气池、生物质发电等。（可能还有堆肥之类的，本身作为热能方向的学生不甚了解）3.生物质能里利用方式固体燃料        例如火力发电厂中与煤混燃发电，或是直接的生物质发电厂发电。存在的问题就是生物质在中国的收集运输成本较高。在欧洲一些国家生物质发电发展的很好，而且生物质已经被制作成颗粒燃料，可以简单的用于日常替代煤。液体燃料       液体燃料的话，主要有通过生化转化、热解等技术产生的生物乙醇、生物柴油等等。曾经，美国向墨西哥大量采购玉米作为燃料生产乙醇，而且采购价格比国内食用采购价还高，导致墨西哥国内市场问题。对这个生化转化有兴趣的话有很多相关的书籍可以了解一下。垃圾焚烧       垃圾焚烧也可以算作生物质能的利用范畴，与之前提到的火电厂不同，其主要问题在于会产生剧毒物质二恶英，但作为迄今为止优秀的垃圾处理方式，已经慢慢推广。同学毕业后就有很多去往深圳能源的垃圾焚烧厂。沼气       其本质也属于生物质生化转化范畴，与发酵之类相关。