甘蔗生產(chǎn)燃料乙醇的發(fā)展現狀及前景展望

釀酒科技2007年第6期(總第156期) LIQUOR- MAKING SCIENCE& TECHNOLOGY2007No.6(Tol.156)甘蔗生產(chǎn)燃料乙醇的發(fā)展現狀及前景展望李苗苗,于淑娟(華南理工大學(xué)輕工與食品學(xué)院,廣東廣州510640)摘要:甘蔗是C4作物,其光能轉換效率、光合速率、單位面積生物產(chǎn)量顯著(zhù)高于其他作物,其凈能比最高。用甘蔗生產(chǎn)燃料乙醇,成本低。甘蔗是最有潛力的生物能源作物,但是我國發(fā)展生物能源必須重視能源廿蔗品種的選育,加強甘蔗燃料乙醇生產(chǎn)工藝的研究與開(kāi)發(fā)。利用甘蔗發(fā)展燃料乙醇產(chǎn)業(yè)具有廣闊的前景。分析了我國利用甘蔗發(fā)展可再生生物能源的必要性及可行性。關(guān)鍵詞:甘蔗;燃料乙醇;生物能源;前景中圖分類(lèi)號:TS261.23;TS2622;TS2614文獻標識碼:A文章編號:1001-9286(2007)06-011103resent Status the Prospect of Fuel Ethanol Production by SugarcaneLI Miao-miao and YU Shu-juan(College of Light Industry and Food Science, South China University of Technology, Guangzhou, Guangdong 510640, China)Abstract: As a C4 plant, sugarcane is rather high in light energy conversion efficiency, photosynthetic rate and biomassproductivity (its net energy rate is the highest). Ethanol production by sugarcane is economically practical. It is believedthat sugarcane is a most promising energy crop in China. Accordingly, we must pay more attention to the breeding of newsugarcane species and strengthen the research on and the development of fuel ethanol production techniques by sugarcaneThe use of sugarcane to develop fuel ethanol has broad foreground. The necessity and the feasibility of the use of sugarcaneas renewable resources in China was analyzed in this paper.Key words: sugarcane; fuel ethanol; bio-energy; prospect現代工業(yè)的迅速發(fā)展導致的能源緊缺現狀和環(huán)境力物力,實(shí)施了一系列激勵和強制政策,開(kāi)發(fā)和推廣燃污染問(wèn)題,使得燃料乙醇作為替代石油能源的綠色可再料乙醇,并達到較高的規?；a(chǎn)水平隊4。巴西是世界生能源日益受到人們的青睞。燃料乙醇是可再生能源,上最早大規模使用乙醇做替代燃料的國家,主要原料是屬于“綠色汽油”,作為一種清潔能源,其抗爆性能好,用甘蔗。自1974年第一次石油危機后,巴西政府就開(kāi)始推作車(chē)用燃料時(shí)燃燒更完全,減少尾氣排放量,降低對環(huán)廣“酒精汽油”計劃。目前,巴西是世界上唯一不供應純境的污染田。汽油的國家,現在它的主要燃料為4種:純乙醇(含水乙甘蔗是熱帶和亞熱帶地區廣泛種植的糖料作物,如醇)、乙醇汽油(22%乙醇+78%汽油)MEG燃料(0我國的廣東、廣西、云南和海南等省都大規模地種植甘乙醇+33%甲醇+7%汽油)和柴油56?，F在巴西年產(chǎn)乙蔗。甘蔗被認為是中國發(fā)展生物能源最有潛力的作物,醇1000萬(wàn)千升左右,97%用于燃料。2001年,美國農業(yè)利用甘蔗生產(chǎn)燃料乙醇具有良好的發(fā)展前景。本文將部決定每年提供15億美元補貼乙醇生產(chǎn)企業(yè),用以增對甘蔗生產(chǎn)燃料乙醇的發(fā)展現狀及前景作一綜述加乙醇和生物柴油等生物燃料的使用叨。1992年,歐盟1國內外發(fā)展現狀通過(guò)法律:對于可再生資源為原料生產(chǎn)燃料的試驗性項目,成員國可采取免稅政策,包括燃料乙醇圖。在亞洲國1.1國外燃料乙醇發(fā)展現狀家中,泰國是對乙醇燃料的推廣最為積極的國家之始于20世紀70年代的“石油危機”,使人們開(kāi)始認對發(fā)展乙醇表現出了極大的興趣,成立了專(zhuān)門(mén)委員會(huì )進(jìn)識到利用可再生資源(如糧食或植物纖維)發(fā)酵生產(chǎn)酒精行發(fā)V中國煤化工定發(fā)展計劃與政策。日作為生物能源來(lái)代替或部分代替汽油的重要性。巴西本從CNMHG開(kāi)發(fā)計劃,重點(diǎn)開(kāi)發(fā)美國歐盟以及泰國和日本等國家相繼投入了大量的人用農、林產(chǎn)廢物等資源直接發(fā)酵生產(chǎn)乙醇的技術(shù)。稿日期:2007-0305111釀酒科技2007年第6期(總第156期)· LIQUOR- MAKING SCIENCE& TECHNOLOGY2007No.6(Io.156)巴西的酒精主要以糖蜜或甘蔗汁為原料,目前有分析,在中國的生產(chǎn)條件下,甘蔗是單位面積產(chǎn)酒精量70%以蔗糖為原料的酒精廠(chǎng)采用間歇發(fā)酵,發(fā)酵能力達最高,最有潛力的作物。印度國家糖業(yè)管理聯(lián)合會(huì )主席150萬(wàn)L酒精。約有350個(gè)酒精廠(chǎng)采用連續發(fā)酵工藝。Rao嗎比較了各種能源作物單位面積酒精產(chǎn)量,認為甘在兩種發(fā)酵過(guò)程中,酵母均被從發(fā)酵后醪液中分離出蔗與小薯產(chǎn)量最高。美國夏威夷再生能源協(xié)會(huì )資料表來(lái),經(jīng)稀硫酸沖洗后再用于發(fā)酵過(guò)程。發(fā)酵可獲得較高明,在多種能源植物中,能源甘蔗的單位面積酒精產(chǎn)量酒精濃度(8%ol~11%V)和較高酒精得率(⑨2%Vol~最多叫。中國南方緯度、氣候與巴西相似,發(fā)展能源甘蔗93%wo)及較短發(fā)酵時(shí)間(6~10h),可使酵母1d回收有著(zhù)得天獨厚的自然資源條件,利用甘蔗生產(chǎn)燃料乙醇利用3次,連續運行200d。由于野生酵母具有很強的發(fā)的成本比用其他作物具有明顯的優(yōu)勢。其次,甘蔗生產(chǎn)酵能力,在巴西30個(gè)酒精廠(chǎng)已有21個(gè)將野生酵母作為燃料乙醇加工成本低。用玉米或木薯等淀粉質(zhì)原料生產(chǎn)接種菌種進(jìn)行發(fā)酵。在北美,燃料乙醇的生產(chǎn)主要以玉酒精,首先經(jīng)過(guò)粉碎、蒸煮、用α-淀粉酶液化、糖化酶糖米為原料,玉米酒精發(fā)酵采用不回收利用酵母的間歇發(fā)化,再由酵母發(fā)酵成酒精,其工藝流程長(cháng),廠(chǎng)房設備投資酵或計算機控制的連續發(fā)酵過(guò)程,并采用C技術(shù),降大,能耗大,成本高。而以甘蔗為原料生產(chǎn)燃料乙醇時(shí)低了勞動(dòng)成本,減少了設備損耗。美國運用發(fā)酵法生產(chǎn)可用蔗汁直接發(fā)酵,因而生產(chǎn)過(guò)程的能耗小,生產(chǎn)成本酒精的工廠(chǎng)一般發(fā)酵后酒精濃度可以達到12%。自然也就降低。12國內燃料乙醇發(fā)展現狀23環(huán)境可行性分析2001年9月,國務(wù)院正式批準了在國內發(fā)展燃料由甘蔗榨汁直接生產(chǎn)酒精,每噸甘蔗約可生產(chǎn)酒精酒精試點(diǎn)。目前,河南省天冠年產(chǎn)2萬(wàn)千升燃料酒精,并70L、蔗渣250kg、廢醪液910L。蔗汁是可以直接食正在建設年產(chǎn)20萬(wàn)千升的生產(chǎn)線(xiàn);安徽省年產(chǎn)35萬(wàn)千用的純天然食品,成分簡(jiǎn)單,利用蔗汁生產(chǎn)乙醇,經(jīng)發(fā)酵升燃料酒精項目也正在生產(chǎn)和擴建;吉林省大成年產(chǎn)蒸餾后,只剩下酵母殘體和廢液,酵母殘體可用于生產(chǎn)80萬(wàn)千升燃料酒精廠(chǎng)已投產(chǎn),我國酒精80%左右以玉飼料,廢液含有少量未發(fā)酵完全的有機物,不含重金屬米、小麥、高粱、甘薯、木薯等富含淀粉的物質(zhì)為原料,約或其他燃燒后可能釋放的有毒氣體和有毒物質(zhì),采用廢有10%的酒精以糖蜜為原料,采用間歇發(fā)酵,酵母不回液濃縮噴霧燃燒的方式可以實(shí)現廢物零排放,不污染環(huán)收,最終酒精濃度通?？蛇_8%vol~10%Vol,低于國際境n,該種廢液處理方式已在廣東中能酒精有限公司成先進(jìn)水平叫。近年我國甘蔗產(chǎn)量在8500~9000萬(wàn)t,用功應用。發(fā)酵后的廢液顏色比糖蜜為原料的淺,灰分和糖蜜生產(chǎn)酒精(食用酒精)約50多萬(wàn)千升,應用純蔗汁發(fā)殘糖低,也可直接用于灌溉農田。用蔗渣作燃料排放的酵生產(chǎn)燃料乙醇工藝技術(shù)方面仍處于中試階段。煙氣,不含二氧化硫和其他有害氣體,經(jīng)除塵后對環(huán)境2我國發(fā)展甘蔗燃料乙醇的可行性分析無(wú)污染。發(fā)酵時(shí)產(chǎn)生的CO2經(jīng)回收乙醇后可收集制造液體CO2,不排入大氣,對環(huán)境不會(huì )造成大的影響。而燃料21技術(shù)可行性分析燒出的鍋爐灰是很好的鉀肥網(wǎng)。用甘蔗生產(chǎn)燃料乙醇,首先需要提汁,再進(jìn)行濃縮發(fā)酵、蒸餾和脫水等工藝過(guò)程。而糖廠(chǎng)中的蔗汁提取濃3展縮的工藝和設備都是現成的。就發(fā)酵過(guò)程而論,大型甘3.1甘蔗是中國最有潛力的生物能源作物蔗糖廠(chǎng)都有食用乙醇車(chē)間,其發(fā)酵原料主要是制糖過(guò)程中國是蔗糖生產(chǎn)大國,產(chǎn)糖總量占世界第3位,中中產(chǎn)生的廢蜜(糖蜜),在甘蔗糖蜜生產(chǎn)乙醇上的經(jīng)驗和國南方9省(區)適宜種植甘蔗的土地面積在200萬(wàn)hm2技術(shù)是成熟的。甘蔗汁和糖蜜都是以含蔗糖成分為主,以上,蔗糖業(yè)已成為中西兩部地區特別是廣西、云南的但用甘蔗汁做發(fā)酵原料生產(chǎn)乙醇,與糖蜜生產(chǎn)乙醇相比主要產(chǎn)業(yè)。在這些地方,大部分蔗區是旱坡地種植甘蔗有一定的差異性凹。燃料乙醇的含水量低于食用乙醇,具有明顯的作物競爭優(yōu)勢,甘蔗生產(chǎn)仍有較大的發(fā)展空因此需要脫水。目前制備無(wú)水酒精的方法主要有生石灰間。面對國際能源價(jià)格的高漲以及國內能源短缺的壓脫水法、萃取蒸餾法、真空蒸餾法、離子交換樹(shù)脂法、恒力,以甘蔗為原料生產(chǎn)燃料乙醇的優(yōu)勢越來(lái)越受到重沸精餾法、鹽溶精餾法、無(wú)水硫酸鈣法、分子篩法以及膜視。由于能源甘蔗是以高生物量代替髙蔗糖作為農業(yè)生分離法等。其中,分子篩法和膜分離法作為新方法,具有產(chǎn)目標年生長(cháng)量可高達280t以上,工業(yè)加工良好的發(fā)展前景,已經(jīng)在實(shí)踐中得到了應用叫。成中國煤化工發(fā)展生物能源最理想的22經(jīng)濟可行性分析作物CNMHG甘蔗是C4作物,其光能轉換效率、光合速率、單位32我國發(fā)展甘蔗燃料乙醇需要重視的突出問(wèn)題面積生物產(chǎn)量顯著(zhù)高于其他作物。根據李松叫等的研究321能源甘蔗新品種選育112李苗苗,于淑娟·甘蔗生產(chǎn)燃料乙醇的發(fā)展現狀及前景展望以制糖為目的的糖料甘蔗品種的選育目標是高糖process,2001,71:187-195高產(chǎn),對甘蔗蔗糖分的含量要求較高。而作為能源的甘4 Christoph berg, EO Licht. World fuel ethanol analysis and ou蔗品種,則在選育種方面對蔗糖糖分含量的要求不嚴look].Ministry of Economy Trade and Industry (METI)(apan)格,而在產(chǎn)量和宿根性、抗性等方面則要求較高,即有003,(8):25定的蔗糖糖分基礎上,群體的生物產(chǎn)量越高越好。并具 Iz Carlos Corra carvalho-UNICA. Status of large scale pro-有株形好,適宜于機械化作業(yè),省工、好管理等特性。到Ethanol Congress, 2001目前為止,我國雖然育成了3個(gè)糖能兼用的甘蔗品種,[蘇毅譯巴西的無(wú)水酒精生產(chǎn)門(mén)廣西輕工業(yè),94,(3)45但其公頃年蔗莖產(chǎn)量只有121~130t,低于世界水平,說(shuō)明我國的能源甘蔗研究與創(chuàng )新具有很大的潛力。[7] Bruce S. Dien, Rodney J. Bothast, Nancy N. Nichols and3.2.2甘蔗燃料乙醇生產(chǎn)工藝的研究與開(kāi)發(fā)Michael A Cotta The U.S. coin ethanol industry: An overview of用甘蔗原汁發(fā)酵生產(chǎn)燃料乙醇及其汽油與乙醇混current technology and future prospect[J]. INT SUGAR JNL配作動(dòng)力燃料的有關(guān)技術(shù),巴西最為成熟。中國目前還2002,104(1241):204處在起步階段,許多有關(guān)技術(shù)和設備需要在借鑒國外技 uropean Biofuels UJ. Industrial Bioprocessing01術(shù)經(jīng)驗的基礎上結合本國的實(shí)際進(jìn)行創(chuàng )新,經(jīng)過(guò)研究19]呂欣,毛忠貴集成化玉米燃料酒精生產(chǎn)[糧食與油脂,中試后才能用于常規生產(chǎn),并通過(guò)體制和管理的創(chuàng )新2002,(12):27-2研究出適合我國甘蔗能源發(fā)展的技術(shù)之路。到目前為1o張君,劉德華世界燃料酒精工業(yè)發(fā)展現狀與展望釀酒科止,糖廠(chǎng)的酒精生產(chǎn)都以糖蜜為原料,雖然甘蔗汁與糖技,2004,(5):118-12蜜一樣以含蔗糖成分為主,但甘蔗汁有其特殊性,如甘1]傅其軍新型可再生清潔能源—燃料酒精的開(kāi)發(fā)展望蔗汁灰分較少,而蛋白質(zhì)、膠體等較多,易引起發(fā)酵過(guò)程廣西輕工業(yè),2000,(4):9-12中影響酵母繁殖、易引起酵母菌絮凝等叫。針對甘蔗汁2]曾麟安玉興李奇偉以甘蔗為原料生產(chǎn)燃料乙醇的技術(shù)直接發(fā)酵的特殊性,需開(kāi)展深入研究,選育出適宜蔗汁經(jīng)濟分析[甘蔗糖業(yè),2006,(2):15-18發(fā)酵的酵母菌種,改進(jìn)并優(yōu)化其發(fā)酵工藝,以期提高產(chǎn)13]梁萌張建安劉德華無(wú)水酒精制備的研究進(jìn)展釀酒,率;加強相關(guān)設備的研究和開(kāi)發(fā);探討高濃酒精發(fā)酵工2002,29(5):36藝,提高設備利用率提高生產(chǎn)能力,降低能耗,降低生[14]李松楊榮仲譚裕模等我國發(fā)展能源甘蔗研究生產(chǎn)的現實(shí)意義廣西蔗糖,2003,(3):44-45產(chǎn)成本四;通過(guò)基因工程和代謝工程等現代生物技術(shù)手(1 5] Rao PJ M. Industrial utilization of sugar CO-products (M). In段構建發(fā)酵性能優(yōu)良的菌株,調控微生物代謝過(guò)程,提dia: National Federation of Co-operatives Ltd, 1997, 274-276.高菌株耐溫性和耐酒精性,提高酒精收率;通過(guò)開(kāi)發(fā)新[16]李楊瑞,譚裕模,李松,等.甘蔗作為生物能源作物的潛力分的節能脫水工藝,降低無(wú)水乙醇的生產(chǎn)成本;采用固定析門(mén)西南農業(yè)學(xué)報,2006,19(4):742-745化細胞發(fā)酵技術(shù)提高發(fā)酵器內細胞濃度,可使用較高的17]李奇偉,戚榮張遠平能源甘蔗生產(chǎn)燃料乙醇的前景甘基質(zhì)濃度并得到較高的酒精收率四,為甘蔗資源的應蔗糖業(yè),2004,(5):29-33用提供新的技術(shù)保障叫。[8]吳松海,林一心甘蔗生產(chǎn)燃料乙醇的發(fā)展前景[門(mén)中國糖綜上所述,由于燃料乙醇的應用可以帶來(lái)巨大的經(jīng)料,2006,(2):58-61濟、社會(huì )和環(huán)境效益,還可以調節商品糖市場(chǎng)的供需關(guān)19]曾麟王革華中國甘蔗燃料乙醇生產(chǎn)的技術(shù)、經(jīng)濟和環(huán)境可行性分析[可再生能源,2006,(4):46-49系,所以世界各國對其已有了不同程度的研究和應用。[20]陳子云能源甘蔗的開(kāi)發(fā)與利用甘蔗糖業(yè),203(2)隨著(zhù)現代生物技術(shù)和工程技術(shù)的不斷發(fā)展,高產(chǎn)菌株的獲得越來(lái)越簡(jiǎn)單,發(fā)酵工藝也得到不斷改進(jìn),這些都為[21]張華陳如凱中國能源甘蔗的研究與開(kāi)發(fā)門(mén)小中國甘蔗網(wǎng),燃料乙醇的大規模生產(chǎn)提供技術(shù)保證。燃料乙醇的研究領(lǐng)域和應用范圍將會(huì )不斷擴展,燃料乙醇在可再生能源2]呂欣,毛忠貴高濃度酒精發(fā)酵研究進(jìn)展酸酒科技,2003市場(chǎng)中將占主要地位。(5):58-60[23] Kolot F B. Immobilized cells for solvent production[]. Pro參考文獻:cess Biochem. 1984 19: 7-13[1] Beer, Kenn Ethanol as a sustainable transport fuel[J]. Enginee[24中國煤化工. Ethanol fermentation inAustralia,2003,75(7):32.CNMHGacchanromyces Cerevisiae[2]何淑芳,孫君社,蘇東海燃料乙醇在中國發(fā)展利用食品科LvivIv6J,w,92:251-260學(xué),2005,26(增刊):166-1[25]徐惠娟,王世鋒,尤敏南,燃料酒精生產(chǎn)的研究進(jìn)展[廈門(mén)3] HelenaLC, RalphPO Biomass and renewable fuels[]. Fuel Bio-大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2006,45(增刊):37-41.113