在石油為主要能源的世界中發(fā)展乙醇生產(chǎn)——巴西乙醇生產(chǎn)的經(jīng)驗

中外能源SINO-GLOBAL ENERGY009年第14卷在石油為主要能源的世界中發(fā)展乙醇生產(chǎn)巴西乙醇生產(chǎn)的經(jīng)驗Henrique VAmorim, Mario L Lopes(巴西 Fermented公司,圣保羅州皮拉西卡巴市13420-640)摘要當前,人們生活在依賴(lài)石油的世界中,因為汽油和柴油的價(jià)格不斷升高,許多國家都在尋求化石燃油的替代物。用糖類(lèi)作物或谷物生產(chǎn)的乙醇被視為最好的替代物。然而,全球日前乙醇產(chǎn)量?jì)H為汽油耗量的25%,所以乙醇需求增長(cháng)迅速,市場(chǎng)廣闊。介綱了巴西乙醇生產(chǎn)的經(jīng)驗;在乙醉市場(chǎng)波動(dòng)的情況下,乙醇生產(chǎn)商得以生存的措施;乙醇生產(chǎn)商的生產(chǎn)方式;乙醇生產(chǎn)所用糖漿原料的概況等。關(guān)鍵詞甘蔗乙醇巴西發(fā)酵生產(chǎn)生物燃料1前言的乙醇耗量迅速增長(cháng),當時(shí)聯(lián)邦政府又頒發(fā)了旨在乙醇用作燃料的歷史始于汽車(chē)誕生之日。1908降低石油進(jìn)口的“ Proalcool"計劃,有關(guān)廠(chǎng)商因而受年,當第一輛福特 Model t汽車(chē)從裝配線(xiàn)下線(xiàn)時(shí),到鼓舞,擴大了甘蔗生產(chǎn),并建設新的釀酒廠(chǎng),生產(chǎn)就用乙醇作為其發(fā)動(dòng)機的燃料,此時(shí)石油工業(yè)才剛用作生物燃料的乙醇。如圖1所示,在過(guò)去30年剛開(kāi)始。后來(lái),汽油開(kāi)始用作燃料并發(fā)現其價(jià)格低里,巴西的甘蔗產(chǎn)量從1975年的9100×10t增長(cháng)至廉,與此同時(shí)在在世界各地發(fā)現了新的石油儲量。2007年的49100×10(原文如此,按圖1,應為在數百萬(wàn)年前,微小的水生植物和動(dòng)物在高溫高壓39100×10%—譯者注),2007年的甘蔗產(chǎn)量相當于和多層沉積物的復蓋下,形成了液態(tài)物,人們稱(chēng)之589×10%b一次能源產(chǎn)量(按圖1數據計算,應為為石油,它是碳氫化合物的混合物。煉油廠(chǎng)把這些469×10°bl—譯者注,lt甘蔗相當于1.bl原混合物分餾為各種油品,如汽油、柴油、液化石油油)。這些甘蔗是由7萬(wàn)名農民在600×10hm2土地氣、殘渣燃料油和其他產(chǎn)品。多少年來(lái),人們目睹了上種植出來(lái)的,此耕地面積約為巴西全部耕地面積世界在消耗化石燃料的同時(shí)向大氣排放出數以百的27%。自“ Proalcool"計劃實(shí)施以來(lái),聯(lián)邦政府已萬(wàn)噸計的二氧化碳、其他氣體和有毒化合物等。但經(jīng)節約了用于進(jìn)口原油(包括關(guān)稅)的外匯約1500是,到了1973年,情況發(fā)生了變化,國際原油價(jià)格億美元。猛漲,科學(xué)家們此時(shí)又宣稱(chēng),全球氣候正在加速變巴西燃料銷(xiāo)售網(wǎng)共有3萬(wàn)多個(gè)加油站為2600暖,同時(shí)石油儲量正在逐年降低。當前,全球汽油年104輛在汽油中混人2%-26%乙醇的汽車(chē)和540消耗量約為12×10m3,而燃料乙醇僅占汽油需求量10輛用純乙醇或含不同比例乙醇(可變燃料技術(shù))的2.5%如今沒(méi)有任何替代燃料可以代替汽油的汽車(chē)加油。與此同時(shí),汽車(chē)業(yè)推出了可變燃料汽石油和乙醇。所以,基于經(jīng)濟、社會(huì )和環(huán)境的原因,車(chē),它們可使用純乙醇、汽油或兩者以任何比例摻全球燃料乙醇的需求正在增長(cháng),到2010年,其產(chǎn)量估計將增至550010%m2。在依賴(lài)石油的世界中,巴作者簡(jiǎn)介; Henrique V. Amorim,巴西 Fermented公司總裁景首席西作為主要的乙醇生產(chǎn)和使用國,具有特別的意義執行官,1966年畢業(yè)于巴西圣保羅大學(xué)農業(yè)科學(xué)專(zhuān)業(yè),1970年2生物燃料乙醇畢業(yè)于美國俄亥餓州立大學(xué),獲理科碩士學(xué)位,1972年完成其從1923年起,巴西就將乙醇混人汽油中,其混博士論文。19m7年創(chuàng )建 Fermented公司。人比例約為5%40%不等。1975年以來(lái),用作燃料E-mil: amorim(fermented. com. brHenrique V, Amorim等.在石油為主要能源的世界中第3期發(fā)展乙醇生產(chǎn)——巴西乙醇生產(chǎn)的經(jīng)驗混的燃油。這些可變燃料汽車(chē)在巴西非常流行,銷(xiāo)家,但產(chǎn)量集中在中南和西北地區。預計到2009量達200×10輛,占2007年汽車(chē)總銷(xiāo)量的86%。這年,還將新建一批釀酒廠(chǎng),每家年生產(chǎn)能力可達到種流行趨勢的出現有以下3個(gè)理由:首先是汽油價(jià)100×10y-200×10t。而且,很多釀酒廠(chǎng)正在增加其乙高,消費者要尋求廉價(jià)的能源,而乙醇價(jià)格僅為汽醇生產(chǎn)能力,以滿(mǎn)足國內需求和出口到那些正在尋油的60%;其次,可變燃料汽車(chē)使消費者可更靈活求替代燃料以減少石油對其經(jīng)濟和環(huán)境影響的國地選用燃油品種,從而少受市場(chǎng)價(jià)格變化的影響;家。再次,選用純乙醇或乙醇-汽油混合物作燃油可使0.25有關(guān)從業(yè)人員(包括甘蔗地里的農民)獲得環(huán)境和社會(huì )效益。2004年以來(lái),可變燃料車(chē)輛銷(xiāo)售成為巴西汽車(chē)業(yè)的主要增長(cháng)點(diǎn)。0.10N0.05E至圣室至登系年份圖2巴西乙醇產(chǎn)量的增長(cháng)情況( Atauro,2008)053釀酒廠(chǎng)如何應對市場(chǎng)波動(dòng)而生存下來(lái)§E區置圣登區區堅§在“ Proalcool'計劃實(shí)施期間,生產(chǎn)商面臨了乙醇價(jià)格由1980年的700美元/m3降至1999年的圖1巴西甘蔗產(chǎn)量逐年增長(cháng) Datagro,2008)200美元/m3以下。除乙醇-汽油混合燃料外,聯(lián)邦繼最初的可變燃料汽車(chē)所采取的對策成功之政府廢除了對乙醇市場(chǎng)的干預,價(jià)格放開(kāi)。在巴西后,2005年汽車(chē)業(yè)又推出了三種燃料(汽油、乙醇和糖和乙醇的價(jià)格產(chǎn)生了雙重的影響。許多糖廠(chǎng)設有天然氣汽車(chē)。而且,又開(kāi)發(fā)了基于乙醇的燃料電池釀酒裝置,當國際市場(chǎng)的糖價(jià)較生產(chǎn)乙醇更可獲利新項目,與此同時(shí),巴西政府推出了“生物柴油”計時(shí),就將有更多的甘蔗用于糖的生產(chǎn),僅將糖漿送劃,為乙醇和植物油開(kāi)辟了新市場(chǎng),第一年就可節往發(fā)酵生產(chǎn)乙醇。這些廠(chǎng)商根據糖和乙醇的市場(chǎng)價(jià)約柴油80×10%m3。格采用這種機制來(lái)組織其生產(chǎn)乙醇用作燃料時(shí),對環(huán)境的主要好處是可減少在1975-2007年的30多年里,甘蔗送往制糖二氧化碳、重金屬和其他有毒污染物的排放,這一的比例為26.5%-863%,2007年,此比例約為45%點(diǎn)對一些大城市(如圣保羅和里約熱內盧等)尤為重見(jiàn)圖3)。要。乙醇是一種清潔燃料,其生產(chǎn)過(guò)程幾乎完全是可持續的,因為含碳氣體通過(guò)甘蔗循環(huán),不會(huì )按與汽油或柴油相同的比例把化石CO2釋放到大氣中。由于乙醇廠(chǎng)采用了可持續的生產(chǎn)工藝,它具備充分求出名卷的潛在條件可獲得“京都議定書(shū)”規定的碳信用。產(chǎn)生的甘蔗渣可燃燒產(chǎn)生蒸汽,為蒸餾和發(fā)電供給能量。產(chǎn)自糖廠(chǎng)的糖漿以水稀釋或與甘蔗汁混合后送至登往發(fā)酵,而蒸餾釜的殘留物可送至甘蔗地里用作肥年份料,以減少鉀肥用量和進(jìn)口量。3甘蔗用于制糖的比例變化( Datagro,200)目前,巴西是全球第二大乙醇生產(chǎn)國,在甘蔗在乙醇市場(chǎng)出現危機時(shí),為了應對價(jià)格低廉和地和釀酒廠(chǎng)等相關(guān)產(chǎn)業(yè)中的從業(yè)人員在百萬(wàn)人以市場(chǎng)波動(dòng),科技工作者開(kāi)發(fā)出新的技術(shù),并轉讓給上。1975年以來(lái)乙醇的年產(chǎn)量由56×10m3猛增至釀酒廠(chǎng),在危機期間幫助他們生存下來(lái)。在甘蔗種2007年的20×10m(見(jiàn)圖2)。巴西現有釀酒廠(chǎng)343植方面的新技術(shù)有:培植甘蔗新品種、改良土壤、使中外能源SINO-GLOBAL ENERGY200年第14卷用肥料、控制蟲(chóng)害、采用新的收割系統等,這些措施品,降低消耗和減少化學(xué)品,如抗生素( antibiotic)使甘蔗的單產(chǎn)由1977年的53/hm2提高至2008年硫酸和消泡劑等的消耗。經(jīng)過(guò)測試、控制和改進(jìn)工的95hm2。同時(shí),甘蔗的含糖量由95%增至14%,藝參數,有可能實(shí)現發(fā)酵收率從1977年的7%甘蔗原料的糖提取率由88%提高至95%-98%。78%提高到2008年的90%-92%(以每千克葡萄糖此外, Fermented公司和圣保羅大學(xué)等科研部門(mén)產(chǎn)511g乙醇的最大理論值計)。如果不提高收率,聯(lián)合對甘蔗汁和糖漿的乙醇發(fā)酵作出了重大貢獻釀酒廠(chǎng)將不可能在國際市場(chǎng)的低價(jià)格環(huán)境中生存其研究成果有下來(lái)。2007年僅有乙醇產(chǎn)量的50%出口。蒸餾工藝①提高發(fā)酵收率的工藝條件;的巨大進(jìn)步使其效率從1997年的95%提高到2008②從工業(yè)環(huán)境中選擇“酵母菌種( yeast strains)”;年的9%。在甘蔗種植和乙醇發(fā)酵方面的科技進(jìn)步③開(kāi)發(fā)測試果汁糖漿、葡萄汁(mus)、啤酒和以及有效的工藝管理,鞏固了巴西的乙醇工業(yè)。工業(yè)廢水中的糖濃度的分析方法,精度可精確到4巴西釀酒廠(chǎng)的工藝過(guò)程目前,乙醇工業(yè)生產(chǎn)是以甘蔗汁、糖漿或兩者④用光學(xué)顯微鏡在15mn內即可完成活細菌的混合物為原料,在發(fā)酵槽(其容積為40×10-200的直接計數10L)中的大規模發(fā)酵工藝為基礎的。主要發(fā)酵法有⑤在6h內即可選定最佳抗生素控制細菌的方間歇法和連續法,但這些工藝各不相同,所以各釀法酒廠(chǎng)互相之間是有區別的。約75%的釀酒廠(chǎng)采用間⑥按“DNA排列程序”識別受污染的細菌;歇發(fā)酵法。⑦以數碼光密度計精密準確測量樣品中的乙巴西的乙醇生產(chǎn)在甘蔗的收獲季節(約連續醇含量;200-230d進(jìn)行。發(fā)酵在發(fā)酵槽罐中極高的酵母細⑧引進(jìn)近紅外光譜儀(NIRS, Near InfraRed胞( yeast cel)濃度(約8%~17%)、乙醇濃度為6%Spectroscopy)進(jìn)行常規分析;l1%(體積分數)、發(fā)酵時(shí)間極短(為6-10h)的條件下⑨降低生產(chǎn)過(guò)程中糖的損耗和化學(xué)品消耗進(jìn)行每個(gè)發(fā)酵周期結束后,酵母細胞經(jīng)離心機從雖然巴西釀酒廠(chǎng)商控制了很多工藝參數,但其發(fā)酵介質(zhì)(啤酒)分離并濃縮后,供下一個(gè)發(fā)酵周期乙醇發(fā)酵收率仍因以下因素而降低:細菌污染,酵使用。濃縮的酵母經(jīng)稀硫酸處理,殺滅細菌,同時(shí)啤母-細菌的“絮凝( focculation)”,酵母過(guò)度成長(cháng),離心酒送去蒸餾。處理后酵母細胞回到發(fā)酵槽中,在此機的濫用,糖、醇類(lèi)、鹽、高溫、糖漿酸度形成的不利開(kāi)始新的發(fā)酵周期。盡管作了一些改進(jìn),此發(fā)酵工條件,以及野生酵母的污染等叫見(jiàn)圖4)。藝仍稱(chēng)作Mele- Bonnot過(guò)程,因為1930年法國Melle地區的 Firmin boing取得了此項專(zhuān)利。除了發(fā)酵的特點(diǎn)以外,要獲得高乙醇收率和低消泡劑消耗,酵母菌種( yeast strain))的選擇至關(guān)重要。如 Fermented公司所選用的PE-2CAT-1和88y=911028-287809x(R=076726)VR-1等特種酵母菌種, Copersucar公司所選用的BG-1、SA-1和CR-1特種酵母菌種已被很多巴西葡萄汁的細菌污染(1000個(gè)·mL)釀酒廠(chǎng)商單獨或和“面包師 baker)"酵母混合起來(lái)圖4釀酒廠(chǎng)細菌污染對乙醇發(fā)酵收率的用作發(fā)酵的起始劑。這些酵母菌種用染色體組型( Karyotyping)技術(shù)(基于DNA基測試)從工業(yè)發(fā)酵過(guò)說(shuō)明:每一點(diǎn)表示收獲季節的周平均值程中選出,并經(jīng)實(shí)驗室的全面評價(jià),它們適用于工釀酒廠(chǎng)商為了實(shí)現對乙醇生產(chǎn)全工藝過(guò)程的業(yè)生產(chǎn)中,能抵御各種不利條件。而面包師酵母在最佳管理,要把從甘蔗質(zhì)量到發(fā)酵收率共120多個(gè)發(fā)酵初期(釀酒廠(chǎng)商常需成噸的酵母細胞是非常有工藝參數進(jìn)行統計分析,以確定哪些因素影響了生用的。2007年,巴西生產(chǎn)的乙醇中有60%產(chǎn)自于用產(chǎn)業(yè)績(jì),向何處投資才能改善收率,以得到優(yōu)質(zhì)產(chǎn)選定的酵母菌種進(jìn)行初始發(fā)酵的工業(yè)過(guò)程。Henri que V. Amor im等,在石油為主要能源的世界中第3期發(fā)展乙醇生產(chǎn)—巴西乙醇生產(chǎn)的經(jīng)驗31·5用糖漿生產(chǎn)乙醇和毒性化合物等),糖漿的酸度和純度,被細菌和野當前,巴西的釀酒業(yè)是一種靈活的產(chǎn)業(yè),并擁生酵母的污染情況,糖漿在汁液中的比例(低、中或有全球最好的技術(shù),可用甘蔗汁、糖漿或兩者的混高),合適的酵母菌種的選擇,測定和管理發(fā)酵過(guò)程合物發(fā)酵。在巴西,用糖漿生產(chǎn)乙醇較銷(xiāo)售糖漿獲的良好的分析方法(化學(xué)和微生物學(xué))等。利更多。但是用糖漿液汁發(fā)酵時(shí),要特別小心。低純度或酸性糖漿將影響發(fā)酵收率,因為它們會(huì )使酵母致謝細胞中毒(見(jiàn)圖5)。本文成文過(guò)程中,得到了巴西《 Sugan期刊的支持,在此謹致謝忱。934929參考文獻:[1] CARVALHO E P. Etanol-acelerando o futuro[J. Unica, 200491y=5057004+1156097x-0,0079987222R=0.736[2] BERG C World fuel ethanol 2003---analysis outlook[ J1coenergy Review, 2003(2): 9-23糖漿的純度,%[3] BASSO L C, OLIVEIRA A J, ORELL V F M, et al. Domina圖5釀酒廠(chǎng)中糖漿純度對發(fā)酵收率的影響n(yōu)cia das leveduras contamiantes sobre as cepas industrials avaliada說(shuō)明:每一點(diǎn)表示收獲季節的周平均值pela tecnica da cariotipagem[J) V Congresso Nacional da STAB另一方面,糖漿與甘蔗汁混合后,可向此汁液1993(5):246-250提供甘蔗汁所缺乏的,而又是對酵母細胞很重要的{4[4] AMORIM H V, BASSO L C, LOPES M L Evolution of ethanolfermentation in Brazil[M]//BRYCE J H, STEWART G G礦物質(zhì)如鎂、磷酸鹽、鋅和氮等。但是,當某些礦物Distilled spirits tradition and innovation. Nottingham, UK: Not-質(zhì)如鉀、鈣過(guò)量時(shí),將使酵母細胞把更多的糖轉化wingham University Press, 2004: 143-148為甘油,從而降低了發(fā)酵收率。[5] WHEALS A E, BASSO L C, ALVES D M G,et al. Fuel ethanol同時(shí)也要考慮到糖漿若被乳酸細菌所污染,也after 25 year[J]. Trends in Biotechnology, 1999, 17(12): 482-會(huì )降低發(fā)酵收率。某些菌種在乙醇發(fā)酵過(guò)程中,有強烈的抵抗作用,很難控制。除了設備和人員素質(zhì)外,發(fā)酵的成功還將取決于糖漿的組成(糖、礦物質(zhì)翻譯黃興山;編校周溪華)Ethanol Production in a Petroleum Dependent World The Brazilian ExperienceHenrique vAmorim, Mario L. Lopes(Fermentec Ltda Piracicaba SP Brazil 13420-640)[Abstract] Today we are living in a petroleum dependent world. With the high price of the gasolindiesel oil, many countries are looking for new altematives to replace fossil fuels. The ethanol made fromcrops or grains has been considered the best altemative. However, world ethanol production represents only2.5% of the consumption of gasoline and therefore the market is broad and world demand for ethanol ising quickly. Thisvive the market oscillations, how distilleries work and the use of molasses to ethanol production[Keywords] sugarcane ethanol; Brazil fermentation; production; biofuel