秸秆制燃料乙醇技术及其发展

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1、秸秆制燃料乙醇技术及其发展(徐州工程学院化学化工学院，徐州，江苏，221000)摘要:秸秆是一种重要的可再生资源，由于石油资源的日益减少，利用秸秆生产燃料乙醇成了世界科学家的研究热点，本文论述了当前国内秸秆制燃料乙醇的工艺技术过程,包括原料预处理、水解及发酵,并且展望了未来秸秆制乙醇技术的发展方向。纤维乙醇生产示范研究是未来产业化过程中一种必不可少的探索,也是实现其技术工程化的重要基础和平台。关键词：秸秆、燃料乙醇、技术、述评引言:在徐州，秸秆很少被利用大部分都是以堆积、燃烧等方法直接倾入环境，对环境造成了很大

2、的危害。如果把秸秆制成燃料乙醇，热效率大大提高，这样做不仅缓解了人类所面临的一些困难，比如：能源危机、环境污染等；秸秆制燃料乙醇是20世纪初面市的传统产品，后因石油的大规模、低成本开发，其经济性较差而被淘汰。随着一些先进农业国劳动生产率的大幅度提高，以及20世纪七十年代中期以来四次较大的“石油危机”，又推动燃料乙醇工业在世界许多国家得以迅速发展。自巴西、美国率先于20世纪七十年代中期大力推行燃料乙醇政策以来，加拿大、法国、瑞典等国纷纷效仿，均已形成了规模生产和使用。　　中国燃料乙醇产业起步较晚，但发展迅速，燃料

3、乙醇在中国具有广阔前景。随着国内石油需求的进一步提高，以乙醇等替代能源为代表的能源供应多元化战略已成为中国能源政策的一个方向。燃料乙醇拥有清洁、可再生等特点，可以降低汽车尾气中一氧化碳和碳氢化合物的排放。未来我国燃料乙醇行业的重点是降低生产成本、减少政府补贴，为此，制定生物燃料乙醇生产过程的消耗控制规范，及产品质量技术标准，统一燃料乙醇生产消耗定额标准，包括物耗、水耗、能耗等，是降本增效的有力手段。而未来我国燃料乙醇行业发展的方向是如何实现非粮乙醇的规模化。　1秸秆的主要成分　　　　玉米秸秆、麦秆、稻草等均属木

4、质纤维类生物质，主要成分为纤维素（约占40%）、木质素（20%-30%）和半纤维素（20%-30%），这三种成分的质量占植物纤维质原料总质量的80%-95%。尽管纤维素单独存在时能被许多微生物分解，但由于在细胞壁中，纤维素是被木质素和半纤维素包裹着，而木质素有完整坚硬的外壳，不易被微生物降解，因此，纤维素的分解受到限制。　　纤维素是植物残体中最丰富的部分，它是由β，D-葡萄糖基通过1,4-糖苷键联接而成的线性高分子化合物。通常一条链中含有10000多个葡萄糖分子，大约30-100个纤维素分子会“并肩”排列，在分

5、子内和分子间氢键的作用下，形成结晶的微纤维或类似晶体的不透水的网状结构。半纤维素主要是由木糖通过β-1,4糖苷键形成的，分子中往往带有支链，半纤维素的水解产物主要有己糖-葡萄糖、戊糖（木糖）、半乳糖等几种不同的糖。半纤维素的聚合度相对较低，比较容易降解成单糖。而木质素是由苯基丙烷结构单元通过醚键、碳-碳键联结而成的具有三维结构的芳香族高分子化合物。木质素很难降解，同时也无法形成发酵性糖类。　　纤维素是被木质素和半纤维素包裹着的，木质素在纤维素纤丝中的存在，降低了原料的可利用表面积,从而阻碍了微生物和酶顺利接近易

6、降解的纤维素，因此纤维素和半纤维素的水解就成为此类原料生物降解的限速步骤。另外，有研究显示，木质素最初的降解需要氧分子的参与，所以未处理的木质素不能在厌氧环境下被微生物降解。因此需要采用适当的方法对原料进行预处理，以达到降解木质素，提高秸秆原料厌氧沼气发酵产率的目的。　　　　2秸秆原料预处理方法　　　　常见的预处理的方法大体上可分为物理预处理法、化学预处理法、物理化学预处理法和生物预处理法。　　　　2.1物理预处理法　　使用物理方法使得生物质的粒度缩小，降低其结晶度，破坏半纤维素和木质素的结合层，增大物料的比表

7、面积，同时软化生物质，将部分半纤维素从生物质秸秆中分离、降解，从而增加了酶对纤维素的可触及性，提高了纤维素的酶解转化率。常用的物理预处理方法主要有机械粉碎法、高温热解预处理以及辐射预处理等。　　2.1.1机械粉碎法　　木质纤维质原料可以通过切碎、粉碎、研磨等处理以降低结晶度，使颗粒变小。与切割相比，研磨更有利于破坏木质纤维素原料的细胞结构，所以一般认为研磨比切割更有效。在用稻草为原料利用两相工艺产沼气的实验研究中，采用了研磨和切碎两种物理预处理方法对稻草进行处理，发现在原料的颗粒度均为25mm的情况下,研磨处理

8、的原料比切碎的原料沼气产率提高了12.2%；而切碎的原料与没做任何处理的原料相比，沼气产率并没有明显的不同。麦秸秆粉碎程度越大，酶解速度也越大，并且麦秸粉碎至120-150目后经1％的NaOH溶液浸渍是一种理想的制糖原料。　　2.1.2高温热解预处理　　高温热解处理有高温分解和高温液相热水分解两类。高温分解是将生物质加热到300℃以上，生物质中的纤维素快速分解成气态产物和残余烧焦物（主