z12-2-2生物质能源-燃料乙醇

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1、走进生活的生物化学专题十二：生物质能源燃料乙醇乙醇（ethanol,ethylalcohol）具有特殊的香味和辣味密度为0.789g/cm3m.p.–117.3°Cb.p.78.5°C能与水以任意比互溶HHHCCOHHH乙醇分子中的羟基HHHCCHHOH活泼氢的取代2C2H5OH+2Na2C2H5ONa+H2乙醇分子中的羟基HHHCCHHOH脱氢氧化HHHCCHOCH3CH2OH+CuOCH3CHO+Cu+H2O乙醛C2H5OH+O2CH3CHO+H2O12Cu乙醇分子中的羟基HHHCCHHOH羟基-OH与β-H的消去HHHCCHCH3C

2、H2OHCH2=CH2+H2O浓H2SO4170°CHHHCCHHOH乙醇分子中的羟基HHHCCHHOH分子间脱水2CH3CH2OHC2H5—O—C2H5+H2O浓H2SO4140°C乙醚乙醇分子中的羟基HHHCCHHOH羟基-OH的卤代HBrCH3CH2OH+HBrCH3CH2Br+H2O乙醇的转化关系CH3CH2OHCH2=CH2CH3CH2BrCH3CH2ONaC2H5OC2H5CH3CHO乙醇的工业合成乙烯水化法小麦玉米番薯麦芽糖葡萄糖酒精淀粉酶麦芽糖酶酒化酶粮食发酵法CH2=CH2+H2OCH3CH2OHcat.乙醇的用途是一种良好

3、的有机溶剂是一种重要的化工原料是一种新型的绿色能源可配制安全、高效的医用消毒剂是酒类的重要成分之一欧盟轻型汽车排放限值标准到2005年轻型汽车的排放限值必须符合以下标准(欧洲4号)：(g／km)CO=1.0以下；CH=0.1以下；NOx=0.08以下。新世纪朝阳工业燃料乙醇的生产过程生产乙醇燃料的原料原料:陈粮农、林业废弃物，各种含纤维素垃圾能源植物Miscanthus（大禾草）Switchgrass（柳枝稷）甜高梁木薯效益:中国能源战略发展的需要解决环境污染，变废为宝增加农民收入，解决“三农”问题生产酒精的原料原料種類作物糖質原料甘蔗，甜高

4、梁澱粉質原料小麥、玉米纖維質原料稻稈、舊報紙藻類綠藻、馬尾藻ProductioncapabilityforEthanolisabout5.81milliontoninChina.Fig:mediumandlargeenterprisespatialdistributionProvincesforEthanolproductionbyuseofSorghumbicolorinChinaSorghumbicolorSorghumbicolor酒精車使用概念植物行光合作用酒精工廠分解及發酵二氧化碳酒精車使用概念(glucosepolymer)(xy

5、lose/arabinosepolymer)生物质的主要成分木质素纤维素半纤维素Feedstock原料Cellulose纤维素Hemi-cellulose半纤维素Lignin木质素Other其他AgriculturalWaste农业废弃物38321713ForestryWaste林业废弃物5023225MunicipalWaste含纤维素垃圾4591036EnergyCrop能源作物45301510生物质的主要成分(%)CelluloseFiberHemicelluloseLigninPectinOtherpolysaccharides生物质

6、原料的结构纤维素呈结晶状拧合成纤维束半纤维素和其他多聚糖缠绕着纤维束木质素像胶水一样覆盖和凝合着各种物质水解酶或其他化学物质很难渗透到纤维素表面纤维束半纤维素木质素果胶质其他多聚糖秸杆或其他原料组分分离预处理酶制剂生物降解乙醇分离Costly高消耗过程ThePathfromCellulosetoEthanol从秸杆到乙醇燃料CrystallineRegionAmorphousRegionCelluloseLigninHemicellulosePretreatment预处理的作用预处理纤维素木质素无定形区结晶区半纤维素$/galEtOH稀酸热水

7、气爆气渗石灰预处理的效果和费用处理效果依方法而异耗能(热水、气爆)，环境污染(稀酸)，周期长(石灰)成本高β-glucoside内切葡聚糖酶外切葡聚糖酶纤维二糖水解酶纤维二糖酶纤维素葡聚糖纤维二糖葡萄糖纤维素水解纤维素水解由纤维素酶系完成纤维素酶系含至少三种酶，内切葡聚糖酶，纤维二糖水解酶和纤维二糖酶此法成本很高，纤维素酶占总成本的36-45%效率常低产物反馈抑制受预处理影响燃料乙醇生产新构想基因工程酵母木质素水解酶酵母半纤维素酶酵母纤维素酶酵母酒精发酵酵母燃料乙醇植物原料原料粉半纤维素纤维素有机酸纤维素单糖有机酸乙醇混合物单糖有机酸基因工程

8、酵母技术的可行性酵母适用于生产重组酶并分泌于细胞外酵母已经用于乙醇生产，转化淀粉和葡萄糖为乙醇能转化五碳糖的基因工程酵母已获成功(NancyHoatPurdue)，