纤维质原料预处理技术

随着石油资源的大量消耗和逐步枯竭,寻找可再生性的替代能源,特别是新的液态燃料,已成为维持人类社会可持续发展的紧迫任务。在可再生性替代能源——生物能源领域发展力度最大的品种是燃料乙醇。但是越来越多的人们已经认识到,随着世界人口的增长,用淀粉和糖类生产燃料和化工产品的发展将受到很大的限制。只有粮食、食糖生产过剩的国家,才能将大量以粮食和食糖作为原料生产的乙醇用作汽车燃料。而植物光合作用产物的绝大部分为植物的枝、干、叶等木质纤维素类,是纤维素、半纤维素和木质素等聚合物的复合物,其中纤维素和半纤维素都可以被转化成乙醇,理论得率可以同粮食相仿（大于400L／t）。因而,即使像美国那样粮食和土地资源非常丰富的国家,目前也十分重视利用植物纤维原料生产乙醇技术的研究。 近年来,纤维素乙醇技术发展较快,突破了一些关键技术的瓶颈,取得了一些进展。为此,我们特别邀请由山东大学微生物技术国家重点实验室主任曲音波教授领衔的团队,围绕纤维素乙醇生产相关技术,分别就纤维质原料预处理技术、纤维素酶生产技术等进展进行连载,希望更多的读者增加对纤维素乙醇技术的了解。     

纤维质原料预处理技术

随着石油资源的大量消耗和逐步枯竭,寻找可再生性的替代能源,特别是新的液态燃料,已成为维持人类社会可持续发展的紧迫任务。在可再生性替代能源——生物能源领域发展力度最大的品种是燃料乙醇。但是越来越多的人们已经认识到,随着世界人口的增长,用淀粉和糖类生产燃料和化工产品的发展将受到很大的限制。只有粮食、食糖生产过剩的国家,才能将大量以粮食和食糖作为原料生产的乙醇用作汽车燃料。而植物光合作用产物的绝大部分为植物的枝、干、叶等木质纤维素类,是纤维素、半纤维素和木质素等聚合物的复合物,其中纤维素和半纤维素都可以被转化成乙醇,理论得率可以同粮食相仿（大于400L／t）。因而,即使像美国那样粮食和土地资源非常丰富的国家,目前也十分重视利用植物纤维原料生产乙醇技术的研究。 近年来,纤维素乙醇技术发展较快,突破了一些关键技术的瓶颈,取得了一些进展。为此,我们特别邀请由山东大学微生物技术国家重点实验室主任曲音波教授领衔的团队,围绕纤维素乙醇生产相关技术,分别就纤维质原料预处理技术、纤维素酶生产技术等进展进行连载,希望更多的读者增加对纤维素乙醇技术的了解。[编者按]     

陈化水稻燃料乙醇全生命周期净能量分析

使用陈化水稻生产燃料乙醇既可以有效控制陈化粮食流入粮食加工市场、减少国家对此进行储存的费用,又可满足燃料乙醇行业原料需求。为了评估广西中粮生物质能源有限公司(广西公司)使用陈化水稻的能量投入/产出,利用国内已有的全生命周期模型进行了净能量分析。结果表明:广西装置的净能量为11.99 MJ/L(以1 L乙醇计),其中乙醇转化环节的能量投入占总能量投入的44.73%,而精馏消耗的蒸汽占乙醇转化环节蒸汽消耗的83.24%。副产品提供的能量可补偿17.68 MJ/L(以1 L乙醇计)。可见,原料的综合利用以及精馏工序的节能改造是广西公司提高能源利用效率的重要措施。     

燃料乙醇的发展现状分析及前景展望

随着社会经济的高速发展,化石燃料不断消耗及其使用过程所带来的能源短缺、环境污染等问题日益凸显,寻找新的绿色可再生替代能源迫在眉睫。燃料乙醇作为资源丰富、积炭少、可减排温室气体及使用方便的优良燃油品质改善剂及清洁可再生能源,已成为国内外关注并推广使用的绿色燃料。主要对燃料乙醇生产技术的发展进行了综述,重点对燃料乙醇发展历程中各阶段乙醇生产的原料来源、工艺技术进行了论述,讨论了各代燃料乙醇生产过程中所遇到的瓶颈问题,并对其发展趋势进行了展望。目前,燃料乙醇的生产技术主要经历了三代发展,第一代以玉米等糖质和淀粉质粮食作物为原料的乙醇发酵已经实现商业化生产,虽然工艺成熟,但存在粮食安全问题;第二代以农作物秸秆等废弃植物纤维为原料的乙醇生产目前已具备产业化示范条件,其原料来源广泛,转化技术不断提高,最有发展前景;第三代以藻类等绿色植物为原料的燃料乙醇正处于研发阶段,是未来发展的希望。在燃料乙醇生产技术发展过程论述的基础上,讨论了目前其主要技术瓶颈及发展趋势,旨在为燃料乙醇生产的产业化、经济化及可持续化发展提供相关的理论依据。     

玉米燃料乙醇技术进展

近十年,随着燃料乙醇产能的快速扩张,美国燃料乙醇生产技术取得了长足的进步。对近年来国际上玉米燃料乙醇行业应用的新技术、新产品以及新方法进行了总结,并对玉米乙醇的发展方向进行了展望,希望对中国玉米乙醇的技术进步有所借鉴。     

探究生物燃料对于我国粮食生产的重要性

本文对生物燃料对我国粮食生产的积极作用进行了分析,发展生物燃料可以更好的优化我国的粮食生产结构和效率,并且优化粮食安全在财政方面投入的成本,让粮食生产效率更高。     

燃料乙醇非粮化——我国发展纤维乙醇的挑战与对策

在分析国内外燃料乙醇发展状况的基础上阐述了以非粮原料木质纤维素生产燃料乙醇的重要性,着重论述了发展纤维素燃料乙醇所面临的发展机遇和技术挑战,同时对我国纤维乙醇的产业化发展提出了建议。     

木质纤维生产燃料乙醇工艺的研究进展

利用丰富而廉价的木质纤维原料代替粮食生产燃料乙醇,对经济和社会的可持续发展有着重要的意义。以木质纤维为原料发酵生产燃料乙醇可分为4种工艺:分步糖水解化发酵法、同步糖化发酵法、同步糖化共发酵法和直接微生物转化法。介绍了以上4种工艺的研究进展,并对今后进一步研究提出了建议。     

生物质的综合利用技术在燃料乙醇产业中的应用

概述了燃料乙醇生产的生物质及其特点,重点阐述了小麦、玉米等原料生产乙醇的综合开发技术,并对甘蔗和木薯为原料生产燃料乙醇进行了经济性评价。     

我国秸秆分布情况及转化生产燃料乙醇的研究进展

生物燃料乙醇具有较高的辛烷值和良好的抗爆性,是一种优良的可再生能源,以生物燃料乙醇为代表的生物能源是我国战略性新兴产业。2017年我国印发了《关于扩大生物燃料乙醇生产和推广使用车用乙醇汽油的实施方案》,方案明确指出力争于2025年实现纤维素乙醇的规模化生产。基于我国国情,对我国农业秸秆分布情况进行分析,并对部分国内研究团队在农作物秸秆转化生产燃料乙醇的研究工作进行了综述。     

木薯原料生产燃料乙醇

以下介绍了我国木薯原料生产燃料乙醇的最新进展,并对我国的木薯资源分布作了分析,特别强调了木薯资源占全国总产量的65%以上的广西壮族自治区在我国发展木薯原料燃料乙醇过程中所起的重要作用,在此基础上对我国发展木薯原料燃料乙醇所遇到的困难和挑战进行了分析,并根据国内外的科技进展对如何克服这些困难提出了几个可能的解决方案。     

生料法生产燃料乙醇的技术研究

本文从燃料乙醇的发展现状开始,讲述其生产工艺的发展变化,重点分析了生淀粉生产燃料乙醇的工艺特点,及国内外相关技术的研究,并对生淀粉酒精发酵的发展趋势进行了展望。     

决胜纤维素

<正>纤维素乙醇的产业化受到全球越来越多的国家的重视,其原因、其目的不言而喻。以粮食和油料作为原料生产第一代生物燃料的产业,正受到政府机构、环境保护主义者以及广大消费者越来越多的指责。与玉米等粮食为原料的第一代生物燃料形成对比的是,用稻草、秸秆等植物纤维为原料生产的第二代生物燃料,具有原料不与粮食竞争而且整个生产过程排放的CO_2量少等优势。     

中国小麦燃料乙醇的能量收益

分析了燃料乙醇能量收益问题提出的背景,国外有关燃料乙醇能量收益研究的最新进展及国内研究现状,采用全生命周期分析方法,计算了小麦燃料乙醇净能量值和能量产投比,对中国小麦燃料乙醇的能量收益进行了评价。主要结论有:如不考虑副产品能量价值,旧工艺和新工艺的NEV分别为-17022MJ/t燃料乙醇和-11778MJ/t燃料乙醇,R值分别是0.64和0.72;如考虑副产品能量价值,旧工艺和新工艺的NEV值分别为2271MJ/t燃料乙醇和11249MJ/t燃料乙醇,R值分别是1.05和1.27,从能源经济性角度看,旧工艺和新工艺的能量收益已是正效益,且新工艺的能量收益显著提高;与美国玉米燃料乙醇生产相比,如考虑副产品能量价值,新工艺和美国玉米燃料乙醇的NEV分别为11249MJ/t燃料乙醇和7457MJ/t燃料乙醇,R值分别是1.27和1.34。由于小麦转化率要低于玉米,因而小麦燃料乙醇的R值会低于玉米燃料乙醇。中国小麦燃料乙醇生产(新工艺)NEV大于美国玉米燃料乙醇的原因在于:中国小麦燃料乙醇副产品综合利用水平(23027MJ/t燃料乙醇)已明显优于美国玉米燃料乙醇(5078MJ/t燃料乙醇)。     

蓝藻光驱固碳合成乙醇技术的发展回顾和未来展望

面对全球性的能源危机和环境污染,发展生物燃料是实现社会经济可持续发展的必然选择。生物乙醇是最具代表性和应用潜力的生物燃料产品之一,而以蓝藻为平台,利用太阳能和二氧化碳进行乙醇的直接合成可以同时达到固碳减排和生产可再生能源的效果。从技术角度,回顾了蓝藻光驱固碳合成乙醇技术的发展历程,从途径、底盘、改造策略等角度对其现阶段进展和遇到的问题进行了总结,进而对该技术的未来发展方向进行了展望。     

基于专利分析的燃料乙醇技术发展研究

燃料乙醇产业的发展对于环境保护、国家能源安全和农村增产增收等都有重要的促进作用。对全球燃料乙醇公开专利进行检索,从专利公开趋势、区域分布、研发机构分布和技术类别分布等内容进行了分析。基于专利分析,对我国燃料乙醇产业技术的发展提出参考建议。     

适于二代燃料乙醇生产酿酒酵母的精准构制

以木质纤维素为原料的二代燃料乙醇工业生产对发酵微生物的基本要求,一是可对木质纤维素组分中的全糖发酵,二是对预处理过程产生的毒性物质具有高耐受性。酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)是具有优良生产性能的传统乙醇发酵生产菌株,是适合包括二代燃料乙醇等生物基化合物转化的理想底盘细胞。近30年来,利用理性代谢工程改造、非理性适应性进化以及新兴起的合成生物学等策略,对酿酒酵母进行精准构制,极大地提高了其二代燃料乙醇生产的产业化性能。综述了适于二代燃料乙醇生产酿酒酵母精准构制过程中的己糖和戊糖代谢途径工程、辅酶工程、糖转运蛋白、抗性元件发掘以及产业化推进等方面的研究进展。     

“纤维素乙醇产业化关键技术研究及示范”项目通过验收

中国科学院过程工程研究所陈洪章研究员主持的中国科学院知识创新工程重要方向项目“纤维素乙醇产业化关键技术研究及示范”以工艺工程一体化研究的总体思路为指导,通过多学科交叉和多种高新技术集成,创立了具有完全自主知识产权的经济合理的秸秆发酵燃料乙醇产业化关键新技术,实现了3000t／a秸秆酶解发酵燃料乙醇示范生产线的连续稳定运转,并使秸秆乙醇的综合成本达到5200元／t,促进了粮食发酵燃料乙醇的经济竞争能力。     

分子筛膜在生物燃料乙醇生产中的应用

近年来,全球都在寻求建立新的低碳、高效、环保的能源供应体系,生物质燃料得到了普遍重视。其中,生物乙醇得到了多国政府的大力推广。2017年,国家发展改革委、国家能源局、财政部等十五部门联合印发了《关于扩大生物燃料乙醇生产和推广使用车用乙醇汽油的实施方案》。在今后的若干年内,生物燃料乙醇将得到迅猛发展。分子筛膜作为一种高效节能的新型分离技术有望在生物乙醇的生产中发挥重要作用。首先对疏水型和亲水型分子筛膜材料在乙醇富集和乙醇脱水中的研究现状进行综述,然后对发酵法制备生物乙醇过程中分子筛膜的可行性工艺、经济性评估以及工业应用现状进行分析和论述,最后做了总结和展望。     

从含木素-纤维素的废料中索取替代燃料

木材本身就是一种燃料,用作新柴,在我国已有悠久历史。如何从那些废木料(木屑等)中所取洁净新能源?这是值得关注的问题。人们熟悉的乙醇,即是化工产品,又是液体燃料,配制成“乙醇汽油”(按一定比例)已在汽车行业被使用,大有发展之势。生产乙醇早有传统的生产工艺,通常用粮食(淀