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]     

生物转化能源草制取纤维素乙醇的研究进展

随着化石燃料的日益枯竭和环境污染的日益加剧,寻找一种绿色能源以代替化石能源成为当今世界迫在眉睫的任务。清洁燃料当中的生物乙醇具有车用价值,可作为化石能源的替代品而受到研究学者的广泛关注。而草本能源植物的生物转化被认为是生物质能源产业化发展的最有效途径之一。能源草作为木质纤维素原料之一,由于其具有生长快,产量高,抗性强等优势而备受瞩目。详细论述了近期国内外以能源草为底物进行纤维素乙醇的生物转化研究进展,从纤维素原料预处理到乙醇发酵工艺等各方面的进展及存在的问题,并对木质纤维素制取生物质能源的生物转化效率,以及全纤维素组分的多级利用进行了简单阐述,以期找出一条产业化生产纤维素乙醇的最优生产模式。     

木质纤维素乙醇关键技术研究进展

人类社会对能源供给和环境保护的需求推动了燃料乙醇产业的快速发展。以木质纤维素为原料的第二代燃料乙醇已成为生物能源研究的主流。但是由于技术和经济性的限制,纤维素乙醇未能实现大规模商业化应用。与淀粉原料相比较,木质纤维素原料的预处理、酶解、发酵等重要环节尚有众多瓶颈问题亟待解决,需要持续的技术革新来降低纤维素乙醇生产成本。回顾了近年来纤维素乙醇生产工艺中关键技术的进展,以期为领域内研究者提供参考。     

纤维素乙醇工程化探讨

出于对能源安全、大气污染的担忧以及促进农村经济发展的考虑,世界许多国家使用乙醇作为含氧添加剂或交通运输燃料来替代汽油。纤维素乙醇生产原料丰富,且具有明显的低碳排放特性而备受关注。随着全球范围内几套大型纤维素乙醇示范装置的相继试车,工程化问题将得到解决,并有望在2015-2016年完成装置的经济性考核,逐步进入商业化阶段。为避免原料"与人争粮,与粮争地",1代燃料乙醇将逐步向2代纤维素乙醇过渡。本文在综述近期国内外纤维素乙醇产业化概况的基础上,从化学工程和生物工程的角度对预处理、酶制剂及酶解工艺、戊糖/己糖共发酵菌株及工艺、装备等几个方面的技术进展进行剖析,讨论了工程化遇到的主要问题,探讨了我国纤维素乙醇技术的发展方向。     

基于杨木（Populus sp.）的二代燃料乙醇技术研究进展

木质纤维素类生物质作为一种廉价且储量丰富的可再生原料，可通过预处理、酶解和微生物发酵等过程转化为纤维素燃料乙醇，近几十年来受到世界各国的广泛关注。杨木是一种人工广泛种植的速生硬木，主要用于造纸工业，而伴随产生大量枝桠等废弃物。因其富含纤维素和半纤维素组分，被认为是纤维素乙醇生产的优良木质纤维素原料。聚焦于杨木在纤维素乙醇生产中的应用，介绍了杨木的组成及结构特点，重点综述了杨木在预处理技术、预处理原料的酶解、微生物发酵等方面的研究进展。最后，归纳总结了限制杨木在纤维素乙醇应用中的技术障碍及困难，进而分析提出了相应解决对策并展望了其应用前景。     

表面活性剂对木质纤维素酶解产糖的影响研究进展

木质纤维素是生产生物燃料乙醇的主要原料,其含量丰富、绿色环保以及可再生性,因此有效地利用木质纤维素有望解决能源短缺问题。表面活性剂能够有效地促进木质纤维素的酶解反应,通过探讨不同表面活性剂对酶解反应的影响及机理,为实际的酶解过程找到合适表面活性剂提供一定的理论指导。     

提高乙醇产率的新方法

燃料乙醇作为一种可再生能源（或替代燃料）已在世界许多国家得到较为普遍的应用，有积极发展的趋势。巴西主要以甘蔗汁为原料生产乙醇，目前已实现替代40％的进口石油或煤炭；80％的汽车使用乙醇与汽油混合燃料，这为其它国家特别是发展中国家中起到了“榜样”的作用。     

转基因技术与生物能源

随着传统化石能源的日益枯竭、环境污染的日益加重,世界各国都在积极寻求发展可再生能源。生物能源,尤其是包括生物乙醇和生物柴油在内的生物燃料,因其原料的可再生性和燃料使用的环境友好性,     

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。     

大力推动纤维素乙醇产业化发展--访山东大学生命科学学院院长曲音波教授

《生物产业技术》：全世界各主要国家都在大力推动研发纤维素乙醇,从纤维素乙醇产业化进程看,我国纤维素乙醇产业化处于一个什么样的位置,目前发展情况如何？曲音波：纤维素乙醇研发工作在全世界都受到重视,即使像美国那样粮食和土地资源非常丰富的国家,也十分重视利用植物纤维原料生产乙醇的工作。     

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。     

能源作物发展现状和商业化前景

生物质是植物通过光合作用而固定于地球上的太阳能,通过生物质能转换技术可以高效地利用生物质能源,生产各种清洁燃料替代矿物燃料,以减少人类对矿物能源的依赖,保护国家能源资源,减轻能源消费对环境造成的污染。其中,能源作物是指经专门种植,用以提供能源原料的草本和木本植物。利用山地、荒地等未利用土地,     

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。     

陈水稻燃料乙醇生产技术进展

利用陈水稻生产燃料乙醇可有效地控制重度不宜存粮食流入粮食加工市场,减少国家对重度不宜存粮食的贮存和监管费用。本文中,笔者对重度不宜存陈水稻为原料生产燃料乙醇生产技术发展现状进行了综述,对存在的问题进行了分析,并对重度不宜存陈水稻生产燃料乙醇的发展提出了展望。     

利用木质纤维素生产丁醇的研究进展

随着化石燃料的逐年减少,以生物质为原料的生物能源研究近年来成为能源领域的研究热点,充分利用可再生生物质为发展经济的生物燃料生产工艺提供了一个极好的机会。与燃料乙醇和生物柴油相比,生物丁醇更具有优越性,以可再生木质纤维素生物质为原料进行发酵生产丁醇在近年来被广泛的研究。对于利用可再生生物质为原料生产丁醇,需要解决原料的选择、产品收率低、抑制物对生产菌株毒性等问题。本文对以木质纤维素生物质为原料进行生物丁醇发酵过程中的原料预处理、抑制物对丁醇生产菌的影响,以及水解液的脱毒和耐抑制物菌株的选育等方面进行综述,并对以木质纤维素生产燃料丁醇所面临的机遇与问题进行了简要评述。     

微藻生物质制备燃料乙醇关键技术研究进展

燃料乙醇作为一种优良的可再生液体燃料,其开发利用受到了人们的广泛关注。微藻是一种高光合、高产生物量的生物质资源,很多的藻体细胞中含有大量的淀粉、纤维素（Iα型）等多糖物质,是制备燃料乙醇的优良原料。发展利用微藻制备燃料乙醇技术工艺,对于缓解我国目前日益短缺的能源问题,减少温室气体排放和环境污染等具有很好的应用前景。综述了国内外利用微藻生物质制备燃料乙醇中所用到的关键技术、存在的问题以及今后的发展前景等。     

木质纤维素资源生物精炼技术研究进展

开发利用可再生性的木质纤维素资源来生产液体燃料和大宗化学品,对于解决人类发展面临的资源与环境危机具有重要的意义。然而,作为其代表性工艺的纤维素乙醇生产却因为经济上无法过关而迟迟不能真正实现产业化。采用生物精炼技术,充分利用木质纤维素材料中各种组分,生产包括部分高值产品的多种产品,是克服其转化技术产业化经济可行性问题的有效措施。综述了木质纤维素原料生物精炼技术的研究发展现状,着重阐述了玉米芯的生物精炼技术产业化进展,并对木质纤维素的生物精炼前景进行了展望。     

微生物在生物能源生产中的应用(英文)

生物可再生能源是最有前景的石油替代品之一.生物能源的生产原料包括:植物、有机废弃物和微生物.微生物在生物能源生产上有着广泛的应用,利用微生物制备的主要生物能源包括:生物柴油、生物乙醇、生物甲烷等.某些微生物如微藻和真菌可以生产大量油脂,这些油脂可以转化为生物柴油;有些微生物如酵母可以将糖类、淀粉以及纤维素转化为燃料乙醇,添加乙醇的汽油或柴油燃烧排放明显降低;还有些厌氧微生物可以将有机废弃物转化为甲烷,可用做家用燃气、车用燃气或发电.除此之外微生物还具有在生产能源的同时治理环境污染的优势.总之研究开发微生物在生物能源生产中的应用有利于世界可持续发展.     

国内简讯

葛根燃料乙醇生产技术取得重要进展葛根是一种高淀粉含量的非粮作物,其环境适应性强,在山地、林地、斜坡和未开垦的荒地都能较好地生长,被认为是发展燃料乙醇产业最有潜力的原料之一。近期,中国科学院过程工程研究所在葛根燃料乙醇生产技术研究方面取得重要进展,研究人员创新性地将“汽爆”预处理技术与连续耦合固态发酵技术相结合。有效解决了传统发酵技术能耗高、污染重、组分利用单一等问题。     

基因工程在能源植物改良中的应用

利用基因工程技术改良能源植物,对降低能源植物向生物燃料(生物乙醇、生物柴油)的转化成本、提高能源转化效率有着非常重要的意义。目前,基因工程技术已被广泛应用于提高植物总的生物产量、降低或改变植物木质素的含量与成分、在植物体中大量表达纤维素降解酶、提高油料植物的产油量以及改变植物油酯的组成成分等方面的研究。概述了利用基因工程技术在以上方面对能源植物进行改良已取得的进展,讨论了现存问题及未来的发展前景。