董春麗 彭霞 魏擁輝

【摘 要】乙醇作為新能源，最大的優(yōu)勢在于其屬于可再生能源。目前世界上利用發(fā)酵法生產(chǎn)乙醇的主要原料有谷物、薯類、糖料作物和植物纖維質(zhì)原料。由于植物纖維質(zhì)原料生產(chǎn)乙醇的工藝前景廣闊，并擁有巨大的資源優(yōu)勢，近年來規(guī)模化生產(chǎn)技術(shù)研究進(jìn)展迅速，文中主要介紹以玉米秸稈、玉米芯、麥稈、稻稈、板皮、紅麻、蘆葦、牧草等多種原料生產(chǎn)燃料乙醇進(jìn)展及潛力分析。

【關(guān)鍵詞】纖維素；燃料乙醇；原料

纖維素原料在地球上含量極為豐富，是最具潛力的燃料乙醇生產(chǎn)原料之一。目前，木質(zhì)纖維素原料主要有農(nóng)作物秸稈、森林采伐和木材加工剩余物料、柴草、造紙和制糖過程中使用的原料或產(chǎn)生的富含纖維素的下腳料、城市生活垃圾的一部分等[1]。本文主要介紹以玉米秸稈、玉米芯、板皮、紅麻、牧草、麥稈、蘆葦、稻稈等多種原料生產(chǎn)燃料乙醇的技術(shù)進(jìn)展及潛力分析。

一、木質(zhì)纖維素原料燃料乙醇發(fā)展現(xiàn)狀

隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，能源供需矛盾日益突出，使得燃料乙醇的生產(chǎn)和技術(shù)研發(fā)工作日益受到人們的關(guān)注[2]。與糧食原料相比，木質(zhì)纖維素原料具有更大的資源優(yōu)勢和更深的開發(fā)潛力。以纖維質(zhì)為原料生產(chǎn)乙醇不僅可以緩解當(dāng)前世界的能源危機(jī)，推動農(nóng)業(yè)的發(fā)展，又有利于減少霧霾、減少溫室效應(yīng)等環(huán)境污染，因此，從可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略角度考慮，大力發(fā)展燃料乙醇的生產(chǎn)對國民生產(chǎn)生活具有重要意義[3-4]。目前，燃料乙醇作為清潔能源得到了世界廣泛認(rèn)可，隨著各國的重視和資金的投入，燃料乙醇得到了較快的發(fā)展。

二、木質(zhì)纖維素原料燃料乙醇技術(shù)進(jìn)展

1.幾種纖維素原料的組成成分

木質(zhì)纖維素的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，其主要成分是纖維素、半纖維素和木質(zhì)素，以玉米秸稈為例，纖維素含量約為35～38%，半纖維素含量約為19～22%。纖維素與半纖維素被木質(zhì)素包裹，分子內(nèi)內(nèi)含有大量的氫鍵，并具有高度聚合及結(jié)晶性，這些因素直接導(dǎo)致木質(zhì)纖維素不易被分解，因此必須通過預(yù)處理技術(shù)將纖維素、半纖維素以及木質(zhì)素分開，切斷它們之間的氫鍵，破壞晶體結(jié)構(gòu)，降低聚合度，增大可及度，以提高水解效率[5]。

2.木質(zhì)纖維素原料生產(chǎn)燃料乙醇技術(shù)進(jìn)展

目前，纖維素乙醇的生產(chǎn)工藝按照預(yù)處理的方式目前主要有Beta-Renewables（意大利）公司的中性汽爆法，Dupont（美國）公司的氨爆法，稀酸汽爆法等工藝路線比較成熟。蒸汽爆破即將含有一定水分的原料通過蒸汽的作用在高溫高壓下處理一定時間后，突然降至常溫常壓，使纖維結(jié)構(gòu)打開，增加纖維素酶水解的接觸面，同時纖維內(nèi)部發(fā)生一定程度的機(jī)械斷裂。蒸汽爆破技術(shù)與傳統(tǒng)中性汽爆、氨爆等預(yù)處理技術(shù)相比，具有預(yù)處理后物料纖維素含量高、各組分結(jié)構(gòu)斷裂程度大，反應(yīng)條件更加溫和。表1列出了幾種木質(zhì)纖維素原料經(jīng)過預(yù)處理前后的纖維素（Cellulose）、半纖維素（Hemi-cellulose）、木質(zhì)素（Lignin）的含量。

從木質(zhì)纖維素的水解糖化方面來說，目前的采用的方法主要有酸解和酶解兩種，其中酸解對設(shè)備的材質(zhì)要求較高，同時水解的效率不高，酸液回收困難和毒性物質(zhì)較多。相比較而言，酶解的方法應(yīng)用更廣一些，主要是酶對底物更為專一，產(chǎn)生的副產(chǎn)物更少，但對酶制劑的要求也相應(yīng)更高，這是實(shí)現(xiàn)纖維素乙醇產(chǎn)業(yè)化的難點(diǎn)，所以酶制劑的開發(fā)和利用是降低生產(chǎn)成本的，同時如何更好的利用纖維素原料中的半纖維素也是技術(shù)研發(fā)的重點(diǎn)。表2列出了幾種木質(zhì)纖維素的纖維素轉(zhuǎn)化率對比情況，纖維素轉(zhuǎn)化率以20%干物水解體系中10%加酶量所能達(dá)到的數(shù)值為依據(jù)。

3.木質(zhì)纖維素原料生產(chǎn)燃料乙醇經(jīng)濟(jì)分析

木質(zhì)纖維素生產(chǎn)燃料乙醇的優(yōu)勢在于原料資源廣且價格低廉，但同時種植規(guī)模不固定，加上地域原料差異導(dǎo)致運(yùn)輸和收集成本上升，導(dǎo)致產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)燃料乙醇的成本較高。表3主要列出了不同原料每噸乙醇的單耗情況，從原料本身分析其經(jīng)濟(jì)價值。

根據(jù)計算結(jié)果看，玉米芯單耗最低；秸稈、稻稈作為纖維素乙醇生產(chǎn)原料具有很高的成本優(yōu)勢。

三、結(jié)論

通過分析結(jié)果表明，玉米芯單耗最低；秸稈、稻稈作為纖維素乙醇生產(chǎn)原料具有很高的成本優(yōu)勢。但由于木質(zhì)纖維素原料地域分布不同，其運(yùn)輸成本及收集難度也大不相同，對大規(guī)模能源化利用造成制約。目前關(guān)于秸稈生產(chǎn)燃料乙醇的技術(shù)已逐步趨于成熟，但在降低成本方面還有待突破，建議繼續(xù)調(diào)研，尋找優(yōu)質(zhì)工藝來源，壓縮生產(chǎn)成本。

【參考文獻(xiàn)】

[1] 章克昌編著.酒精與蒸餾酒工藝學(xué)[M].中國輕工業(yè)出版社，北京，1995，1：21-23

[2] 宋佳鳴.生物質(zhì)能源技術(shù)與經(jīng)濟(jì)政策研究[D].安徽：合肥工業(yè)大學(xué)，2009：1-7

[3] 李彬. 乙醇燃料：汽油的真正終結(jié)者[J].科學(xué)（中文版），上海，2006（5）： 52-54.

[4] 高鳳芹等.木質(zhì)纖維素乙醇的研究進(jìn)展[D].農(nóng)業(yè)科技與信息，甘肅，2009，8（4）：54-55.

[5] 馬現(xiàn)剛等.木質(zhì)纖維素生產(chǎn)燃料乙醇的研究進(jìn)展[J].天然氣化工，四川，2008，4（33）