非食用生物質(zhì)制燃料乙醇的研究現狀

第26卷第5期河北工業(yè)科技Vol. 26. No 52009年9月Hebei Journal of Industrial Science and TechnologySept 2009文章編號:1008-1534(2009)050397-03非食用生物質(zhì)制燃料乙醇的研究現狀楊立彥,尚會(huì )建,鄭學(xué)明,王亮(河北科技大學(xué)化學(xué)與制藥工程學(xué)院,河北石家莊050018)摘要:生物質(zhì)能源是清潔的可再生的能源,目前以非食用生物質(zhì)為原料來(lái)制取可再生的新能源——燃料乙醇受到了越來(lái)越多研究者的關(guān)注。重點(diǎn)介紹了從纖維素類(lèi)生物質(zhì)制備燃料乙醇的發(fā)展現狀及關(guān)鍵工藝,指出了其廣闊的發(fā)展前錄。關(guān)鍵詞:能源;非食用生物質(zhì);乙醇;纖維素;燃料中圖分類(lèi)號:TQ920文獻標識碼:AResearch development of using non-ediblebiomass to prepare ethanol fuelYANG Li-yan, SHANG Hui-jian, ZHENG Xue-ming, WAN Liang(College of Chemical and Pharmaceutical Engineering, Hebei University of Science and Technology, Shijiazhuang Hebeistract: Biomass energy is clean and renewable energy. At present, using non-edible biomass as raw material to prepare re-newable ethanol fuel has been concerned by a growing number of researchers. This article focused on the preparation of ethanolfuel from cellulosic biomass and the development of the key technology, and pointed out its broad development prospects.Key words: energy: non-edible biomass; ethanol; cellulose; fuel隨著(zhù)現代工業(yè)的快速發(fā)展能源成為各國關(guān)心1國內外燃料乙醇的發(fā)展現狀的大事。由于石油供應量有限,所以人們開(kāi)始轉向其他能源的開(kāi)發(fā),如太陽(yáng)能、核能、氫能但此類(lèi)能源燃料乙醇是指作為燃料添加到汽油、柴油中的消耗帶來(lái)的環(huán)境污染問(wèn)題十分嚴重。因此,如何開(kāi)乙醇,可部分替代石油,緩解石油資源短缺(,燃料發(fā)出新的清潔的能源來(lái)打破傳統能源的主導地位,乙醇作為一種新的能源,不僅清潔、可再生,而且凈逐漸提高生物燃料的使用比例就成為各國政府、專(zhuān)溫室效應低。世界上第1個(gè)燃料乙醇項目—Pro家、學(xué)者共同關(guān)注的焦點(diǎn)問(wèn)題(1,以生物質(zhì)原料40千1975年誕生在巴酉;接下來(lái)在1973年美來(lái)制取燃料乙醇可有效緩解能源短缺的現狀,改善國、加拿大也開(kāi)展了類(lèi)似的項目。目前開(kāi)展此項目和保護生態(tài)環(huán)境促進(jìn)農業(yè)生產(chǎn)發(fā)展口.燃料乙醇較為活躍的國家是美國和巴西,這2個(gè)國家乙醇作為一種最有前景的可再生能源越來(lái)越受到各國的產(chǎn)量占全球乙醇總產(chǎn)量的70%以上,巴西約關(guān)注,發(fā)展纖維素原料生產(chǎn)燃料乙醇具有顯著(zhù)的經(jīng)409%的小汽車(chē)完全以乙醇為燃料2005年該國家的濟效益和社會(huì )效益。乙醇產(chǎn)量為1700萬(wàn)t,石油替代率已接近40%。2006中國煤化工dm3,出口30億。燃料乙醇計劃收稿日期:2008-1209;修回日期12009-03-03實(shí)任編輯:張士瑩的實(shí)施CNMHG.隨著(zhù)各國加大作者簡(jiǎn)介;楊立彥(1984),女河北鹿泉人碩士研究生,主要從乙醇汽油應用的力度,帶動(dòng)了世界燃料乙醇的產(chǎn)量事清潔能源方面的研究逐年攀升。最近幾年,由于石油價(jià)格的上漲,燃料乙398河北工業(yè)科技第26卷醇的消費增長(cháng)也在提速{。3.2水解工藝目前,中國生物燃料乙醇生產(chǎn)技術(shù)取得了長(cháng)足目前以纖維素類(lèi)生物質(zhì)為原料制取乙醇的工藝的進(jìn)步,華東理工大學(xué)從“八五”期間就開(kāi)始研究農主要有濃酸水解、稀酸水解和酶水解17,它們有不林棄物生產(chǎn)燃料乙醇技術(shù),先后承擔了國家“八五”、同的機理“九五”“十五”科技攻關(guān)項目與“863”計劃項目,目3.2.1濃酸水解前已經(jīng)建成600t/a的酸水解法纖維乙醇生產(chǎn)中試濃酸水解的原理是結晶纖維素在較低溫度下可裝置,并通過(guò)了科技部的鑒定0。2006年,山東澤完全溶解在硫酸中,轉化成含幾個(gè)葡萄糖單元的低生生物科技公司宜布他們首創(chuàng )秸稈無(wú)污染爆破技聚糖[)。把此溶液加水稀釋并加熱,經(jīng)一定時(shí)間后術(shù),并在固態(tài)菌種發(fā)酵方面有了突破,即將建成就可把低聚糖水解為葡萄糖。濃酸水解的優(yōu)點(diǎn)是糖3000t/a的纖維素乙醇示范工程1).中國生物燃的回收率高(可達90%以上),可以處理不同的原料已經(jīng)具備了工業(yè)化的條件,黑龍江、吉林、遼寧河料,相對迅速(共10~12h)并極少降解,但對設備南、安徽5省及湖北河北、山東、江蘇省的部分地區要求高,且酸必須回收已基本實(shí)現車(chē)用乙醇汽油替代普通無(wú)鉛汽油[1。3.2.2稀酸水解2006年,中國燃料乙醇的產(chǎn)量達到144萬(wàn)t,成為世稀酸水解的機理是溶液中的氫離子可和纖維素界第三大燃料乙醇生產(chǎn)國口,燃料乙醇的前景非常上的氧原子相結合,使其變得不穩定,容易和水反廣闊應,纖維素長(cháng)鏈即在該處斷裂,同時(shí)又放出氫離子,從而實(shí)現纖維素長(cháng)鏈的連續解聚,直到分解成為最2生產(chǎn)燃料乙醇的原料來(lái)源小的單元葡萄糖。稀酸水解原料處理時(shí)間短,且較燃料乙醇的生產(chǎn)原料有糖類(lèi)、淀粉和纖維素其易實(shí)現工業(yè)化,但由于產(chǎn)生的糖會(huì )進(jìn)一步發(fā)生分解,因此影響了糖的收率1。產(chǎn)量受到糧食資源的限制,成本高,難以滿(mǎn)足能源需求。從國情出發(fā),能用于生產(chǎn)燃料乙醇的糧食更有2.3酶水解酶水解是生化反應,它有不少優(yōu)點(diǎn)。它在常溫限,因此必須尋找豐富而且廉價(jià)的原料來(lái)源,最近幾下進(jìn)行,微生物的培養與維持僅需要較少的原料,過(guò)年這方面的研究主要集中在纖維素上。程能耗低。酶有很高的選擇性,可生成單一產(chǎn)物,故纖維素類(lèi)生物質(zhì)是世界上來(lái)源最為廣泛的生產(chǎn)糖產(chǎn)率很高(大于95%)燃料乙醇的生物質(zhì)原料,纖維素廢棄物的主要有機3.3發(fā)酵工藝成分包括半纖維素、纖維素和木質(zhì)素3部分。含木葡萄糖的發(fā)酵工藝已經(jīng)非常成熟了,但木質(zhì)纖質(zhì)纖維素的生物質(zhì)廢棄物包括農作物秸稈、林業(yè)加維素類(lèi)原料制酒精工藝中的發(fā)酵和以淀粉或糖為原工廢料、甘蔗渣及城市垃圾中所包含的廢棄生物質(zhì)料的發(fā)酵有很大的不同這主要表現在以下2點(diǎn)等。中國是農業(yè)大國,一方面每年產(chǎn)生大量的生物是生物質(zhì)水解液中常含有對發(fā)酵微生物有害的組質(zhì)廢棄物未被充分利用,而且還常因就地焚燒而污分;二是水解糖液中含有較多的木糖染環(huán)境;另一方面,化石資源有限,不能滿(mǎn)足不斷增長(cháng)的燃料需求。所以在中國發(fā)展非食用生物質(zhì)制取4結語(yǔ)燃料乙醇技術(shù)更有意義(10。據有關(guān)專(zhuān)家估算,中國可開(kāi)發(fā)的生物質(zhì)能資源總量約為7億t標準煤[1。燃料乙醇是一種巨大的可再生能源,發(fā)展包括燃料乙醇在內的生物能源產(chǎn)業(yè)是解決石油短缺、環(huán)3燃料乙醇生產(chǎn)技術(shù)境污染問(wèn)題和促進(jìn)農業(yè)發(fā)展,加快社會(huì )主義新農村建設的重要戰略舉措之一。以纖維素類(lèi)生物質(zhì)為原纖維素類(lèi)生物質(zhì)原料制燃料乙醇的生產(chǎn)工藝主料制取燃料乙醇,價(jià)格較為便宜雖然利用此原料生要包括預處理、水解和發(fā)酵幾個(gè)階段。產(chǎn)乙醇的實(shí)驗工藝路線(xiàn)已經(jīng)開(kāi)發(fā),但當前要實(shí)現工3.1預處理工藝業(yè)化生產(chǎn),在原料預處理、水解、發(fā)酵等各工藝過(guò)程預處理的主要目的是通過(guò)破壞木質(zhì)素和半纖維中還素來(lái)降低纖維素的結晶性,增加其多孔性,這樣難于中國煤化生產(chǎn)成本儡高和曼燃料乙醇還面臨才能使酶制劑與纖維素充分接觸,完成酶促反應。著(zhù)歷CNMHG面的問(wèn)題。然而隨目前所用的纖維素原料的預處理方法主要有物理著(zhù)化石資源的漸趨枯竭發(fā)展燃料乙醇可能成為將法、化學(xué)法、物理化學(xué)結合法、生物法。來(lái)的一個(gè)主攻方向。實(shí)現非食用生物質(zhì)資源的高效第5期楊立彥等非食用生物質(zhì)制燃料乙醇的研究現狀開(kāi)發(fā)和利用將對改善中國生態(tài)環(huán)境,建立可持續發(fā)North Carolina State University, 2005.展的能源體系,促進(jìn)經(jīng)濟和社會(huì )的發(fā)展具有重大[10]杜風(fēng)光史吉平張龍等纖維質(zhì)生產(chǎn)燃料乙醇產(chǎn)業(yè)化研究影響進(jìn)展[J]中國麻業(yè)科學(xué),2007,29(1):7273.[11]武冬梅李寞新,孫新紀纖維素類(lèi)物質(zhì)發(fā)酵生產(chǎn)燃料乙醇的研究進(jìn)展[釀酒科技,2007(4):116-120參考文獻[12]李志軍生物燃料乙醇的發(fā)展現狀、問(wèn)題與政策建議[門(mén)技術(shù)[]吳根,白麗梅,于洋,等.生物質(zhì)轉化能源技術(shù)的發(fā)展現狀經(jīng)濟,2008,27(6):505及趨勢探討[門(mén)環(huán)境科學(xué)與管理,2008,33(1):166-168[13]胡偉生物質(zhì)燃料乙醇研究進(jìn)展[]科技創(chuàng 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