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纤维素乙醇01生物乙醇的概念02生物乙醇的分类03纤维素乙醇生产工艺04国内纤维素乙醇现状Contents目录生物乙醇生物乙醇是以生物质为原料，通过微生物发酵而生产的一种可再生能源。在能源问题成为全球关注的焦点这一背景下，生物乙醇已经被视为替代和节约汽油的最佳燃料，其高效的转换技术和洁净利用日益受到全世界的重视，已经被广泛认为是21世纪发展循环经济的有效途径。生物乙醇的分类第一代生物乙醇：利用粮食，比如，在美国是用玉米，在巴西用甘蔗等等生产乙醇等生物能源。第二代生物乙醇：利用非粮食生物质生产乙醇。（cellulosicethanol）[来源：秸秆，稻壳，树木枝叶，甘蔗渣]第三代生物乙醇：利用藻类（如海藻或者淡水藻类)，通过对藻类进行养殖，等长成之后进行收获，收获之后要晒干，然后通过酵母菌发酵生产乙醇。第四代生物乙醇：第四代生物能源技术目前是一个创新，它是通过对藻类进行改造而生产乙醇。例如，对蓝藻进行改造，使其通过光合作用吸收二氧化碳，直接生产乙醇以及副产品和氧气。纤维素乙醇纤维素乙醇生产工艺纤维质原料生产乙醇工艺纤维素水解发酵工艺生物质合成气发酵工艺主要内容纤维素乙醇生产工艺纤维素原料（主成分：纤维素、半纤维素、木质素）预处理（去除阻碍水解和发酵的物质）：最有工业化价值的预处理方法是酸法和蒸汽爆破法。水解（进一步转化为乙醇发酵的糖源）：最有工业化价值的水解方法是酸法和酶法。酶法是理论上最有发展前途的方法，但目前尚未找到能够直接作用于木质纤维素超分子结构的酶种，因而往往与其它方法配合使用。发酵：工艺基本与淀粉质和糖类原料相同。技术难点：成本高预处理预处理的主要目的是降低纤维素的分子物质，打开其密集的晶状结构，以利于进一步的分解和转化。预处理过程中，半纤维素通常直接被水解成了各种单糖（如木糖，阿拉伯糖等），剩下的不溶物质主要是纤维素和木质素。预处理原因纤维素分子是由葡萄糖苷通过β-1，4糖苷键联接起来的链状高分子。纤维素的结晶区域是由纤维素分子整齐规则地折叠排列而成的。在结晶区域里，葡萄糖分子的羟基与分子内部或与分子外部的氢离子相结合，没有游离的羟基存在，所以纤维素分子具有牢固的结晶构造，酶分子及水分子难以侵入内部。因此，纤维素的结晶部分比无定形部分难降解。由于木质素、半纤维素对水解的保护作用,以及纤维素本身的结晶结构使得天然的木质纤维素直接进行酶水解的程度很低,一般只有10%-20%。为了提高纤维素的水解率,必须对木质纤维素原料进行预处理,脱去木质素和半纤维素,从而提高水解效率。预处理方法木质纤维素的预处理方法大致可分为物理法、化学法、物理化学法以及生物法。1、物理法：常见的物理方法包括机械破碎法、高温热水法等。一般物理法对环境污染较小,且过程较为简单,但物理法处理需要较高的能量和动力,因此会增加生产成本。2、化学法：化学法主要是指以酸、碱、有机溶剂作为物料的预处理剂,破坏纤维素的晶体结构,打破木质素与纤维素的连接,同时使半纤维素溶解。3、物理化学方法：蒸汽爆破法、CO2爆破法、氨纤维爆破法4生物法：采用分解木质素的微生物降解木质素,从而提高纤维素和半纤维素的酶解糖化率。水解纤维素制燃料乙醇的难点在于纤维素的水解，目前已有的水解方法包括浓酸水解法、稀酸水解法和酶水解法。酶水解酶水解始于20世纪50年代的生化反应，是较新的生物质水解技术。它主要利用纤维素酶对生物质的纤维素进行水解进而发酵生成乙醇。原理：纤维素酶不是单一物质，其主要成分为内切葡萄糖酶、外切葡萄糖酶和β一葡萄糖苷酶。其中内切葡萄糖酶的作用是随机地切割β一1，4葡萄糖苷键，使纤维素长键断裂；外切葡萄糖酶的作用是从纤维素长链的还原端切割下葡萄糖和纤维素二糖；β一葡萄糖苷酶的作用是把纤维二糖和短链低聚糖分解成葡萄糖。优点是：①在常温下进行，过程能耗较低；②酶的选择性高，糖产率高，可大于95％；③提纯过程简单，无污染。缺点是：①所需时间长，一般需要几天；②酶的成产成本高，水解原料须经预处理。可以看出酶水解有着较多的优点，但要实现大规模应用，必须极大地降低酶的生产成本。所以，目前还没有得到较大地推广。发酵发酵方式：1、分步水解发酵工艺（SHF）2、同步糖化发酵工艺（SSF）3、固定化微生物水解发酵法（CBP）分步水解发酵工艺（SHF）这一工艺过程是传统的生物乙醇的制备工艺,流程简单。其特点是纤维素的水解和水解产物的发酵过程是在不同的反应器内进行的。这样,工艺的反应条件互不影响,均可实现最佳的工艺条件。但是,由于水解产物葡萄糖等对纤维素酶的活性有抑制作用,水解效果也不甚理想。同步糖化发酵工艺（SSF）在酶水解糖化纤维素的同一容器中加入产生乙醇的纤维素发酵菌，使糖化产生的葡萄糖和纤维二糖转化为乙醇。纤维素的酶水解糖化和发酵过程在同一装置内连续进行，消除了底物葡萄糖浓度的增加对纤维素酶的反馈抑制作用。但SSF法也存在一些抑制因素，如木糖的抑制作用、糖化温度与发酵温度不协调等。消除木糖抑制的方法是利用能转化木糖为乙醇的菌株，如假丝酵母、管囊酵母等。研究较多的是利用葡萄糖与木糖的菌株混合发酵，与单纯的葡萄糖发酵菌和单纯的木糖发酵菌相比，混合发酵乙醇的产量分别提高30％一38％和l0％一30％。SSF法与SHF法相比，虽SHF法乙醇的产率高，但SSF法耗时短，燃料乙醇的产量高。SSF法有连续或半连续工艺，半连续的SSF法可减少酶的用量。后来由同步糖化发酵法衍生出了同步糖化共发酵（SSCF）。纤维素乙醇产业化亟待解决的关键技术目前，许多国家虽然建造了纤维质原料的燃料乙醇示范性工厂，但其生产成本相对于汽油和粮食乙醇来说仍无法竞争，其产业化人存在很大的问题。总结起来，利用生物技术转化生物质植物纤维资源主要面临4个技术难点。1．生物质原料分布分散2．生物质原料需进行复杂的预处理3．降低纤维素酶的生产成本，提高酶解效率4．构建能高效利用五碳糖和六碳糖的菌种热电联产与乙醇联合生产乙醇汽车集中供热电力热量生物质乙醇工厂木质素电力蒸汽和发电厂增值的化学品国内纤维素乙醇现状我国在纤维素乙醇技术开发上取得了一些重要进展：浙江大学主持的“利用农业纤维废弃物代替粮食生产酒精”的项目已在河北完成中试生产。华东理工大学于2005年已建成了纤维乙醇600吨/年的示范性工厂，转化率达到了70%。山东大学微生物技术国家重点实验室进行了纤维素酶高产菌的筛选和诱变育种、用基因手段提高产酶量或改进酶系组成等研究。2010年5月27日，世界生物创新先导诺维信公司、中粮集团以及中国石化集团就纤维素乙醇的产业化事宜签订备忘录。根据该协议，中粮与中石化将于2011年第三季度开始建设以玉米秸秆为原料的万吨规模纤维素乙醇示范工厂，这将是中国最大的纤维素乙醇工厂；诺维信将为该工厂提供酶制剂。今年二月，诺维信向市场开始供应诺纤力(TM)赛力二代(Cellic(R)CTec2)酶制剂产品；该酶制剂使得生物燃料行业能以目前市场上的汽油和第一代生物乙醇相当的成本生产纤维素乙醇。根据诺维信所作的一项研究，通过将农业残余物转变为乙醇，到2020年中国可减少汽油消费量3100万吨。