六存在的问题 七项目建议 核准通过，归档资料。 未经允许，请勿外传, 项目概述 能源是人类生存和发展的基本需求。随着社会经济的持续高 速发展,用以支撑社会进步的次能源的代表石油,已成为 现代文明赖以生存的血液。然而,地球上的次能源是有限 的不可再生的,并且已呈逐渐枯竭之势。据联合国能源组织多 次评估,再过年左右,地球上的石油储量大工业化开采将趋结 束。能源短缺已是现代社会面临的个重大问题。为了寻求替代 能源,几十年来,人们做出了不懈努力,通过大量的研究对比和 实践,来寻找可方便制取使用的可再生能源。近些年来,世界将 目光集中到生物燃料乙醇上来。 我国对生物燃料乙醇发展特别谨慎。在年月召开的 全球粮食安全高级别会议上,我国表示将坚持走有中国特色的 生物能源发展道路,坚持不与人争粮不与粮争地的原则, 严格控制用玉米油料等粮油产品生产生物燃料,坚持充分利用 秸秆畜禽粪便等农业农村废弃物发展生物质能源。 农村废弃物如稻草玉米秸秆麦秸蔗渣及森林工业副产 品等具有来源丰富，品种多，再生时间短等优点。目前没有得到 充分利用，而且常常造成环境污染。据统计，全世界每年可生产 生物质，相当于目前世界能源消耗的倍。我国 纤维素类可再生资源非常丰富，仅农作物的秸秆就有。 因此，如何成功地开发这资源作为液体燃料，已成为世界各国 普遍重视的研究课题。 乙醇是来自可再生资源的最有发展前景的液体燃料，但目前 生物法生产的乙醇还主要来自糖类和淀粉发酵，面对世界人口的 急剧膨胀和粮食短缺，用粮食生产酒精的发展将受到限制。近年 来，利用生物技术转化农业废弃物秸杆中的纤维素生成酒精的工 艺因其具有循环经济和低碳经济作物的光合作用取碳于大气， 而作为燃料则把碳放回大气，实际是无碳经济的特征，以 及不与粮争地和变废为宝的特点，而引起了人们的浓厚兴趣，被 认为具有良好的发展前景。燃料乙醇的使用，可减少原油的消耗， 保护宝贵的不可再生资源，可以显著提高汽油的辛烷值，防止发 动机爆震，减少运输设备的损耗，可以减少汽车尾气中 等对环境的污染，尤其可大量减少臭氧排放量，保护地球大 气环境。因此，这项技术也更符合我国的国情。 事实上，自世纪年代第次能源危机以后，许多发达 国家和部分发展中国家即根据各国具体资源情况着手燃料乙醇 的开发，如美国以玉米为主，而巴西印度等以糖蜜为主，在美 国每年生产的燃料乙醇在万吨以上。在巴西，汽车所需燃料 的以上已使用燃料乙醇。燃料乙醇的使用不仅减少了该国对 进口石油的依赖，还为该国创造万人的就业机会。 在我国，燃料乙醇的生产与使用问题已提出多年，引起了党 中央和国务院的高度重视，明确要求加快燃料乙醇产业的发展。 秸杆燃料乙醇以玉米水稻等农作物秸杆为原料，经预处理 水解发酵蒸馏和脱水等工艺而制成。乙醇脱水后得到无水乙 醇，它是种高热值燃料，每千克发热能。 无水乙醇添加适量变性剂后形成变性燃料乙醇，再把变性燃料乙 醇和汽油以定的比例混配形成车用乙醇汽油将乙醇按 的比例加入汽油中作为燃料，现有发动机不经过任何改装即 可正常运行。 农作物秸秆燃料乙醇的生产与使用，对我国农业发展有其重 要的作用。我国是农业大国，农作物秸秆产量约为亿吨年， 居世界首位。农作物秸秆的主要成分为纤维素半纤维素和木质 素，是种的总糖转化率达，糖醇转化 率达。 这些研究为以农林废弃物作原料生产燃料乙醇打下了良好 的基础。从现有的技术分析，采用酶水解技术更为合适。与酸水 解相比，酶水解可在常压下进行，能量消耗低，产率较高。但是 由于国内在酶生产技术戊糖发酵菌株构建等方面还没有取得根 本性突破，生产技术尚未完全成熟。目前国内所进行的中试研究， 每吨燃料乙醇消耗原料都在以上，生产成本在元 ，还不适合产业化生产。据悉，今后在技术上的研究重点为 原料的预处理技术。农林废弃物的主要成分是纤维素半纤维 素木质素，只有纤维素能被降解转化为乙醇，因此要开发高效 的原料预处理技术，从农林废弃物中获得最大量的纤维素。开 发高活性的纤维素酶。纤维素酶存在生产效率低和生产成本高的 问题，目前生产乙醇纤维素酶的费用为 美分，必须研究开发高活性的纤维素酶，使纤维素酶的成本 降到美分乙醇才具竞争力。开发高效的发酵和分离提 取工艺。目前燃料乙醇生产存在原料消耗能耗高，转化率收 率低的问题，应开发高效的发酵和分离提取技术和工艺，降低原 料消耗和能耗，提高转化率和收率。 国际上，已有国家在研发试验以纤维素为原料的燃料乙醇生 产技术，加拿大公司在纤维乙醇技术开发领域居世界领先 地位,于年率先建成世界第座工业规模纤维乙醇综合 厂。壳牌投资万美元，建设年产万燃料乙醇的商业化 生产线。德国正在开发使用木材和麦秆等生产高级柴油的技术。 美国能源部也支持了个投资巨大的纤维素乙醇中试及产业化 攻关项目，旨在利用木材稻草玉米秸等纤维素废料生产燃料 乙醇，其中仅发展高效纤维素水解酶技术的公司就获得能源部的 万美元的政府拨款资助。 在国家产业政策的扶持下，我国正逐步开展以纤维为原料生 产燃料乙醇的工作。 年月，河南天冠集团开始建设年产吨的纤维素 乙醇项目。这是国内首条纤维素乙醇产业化生产线。这生产线 的建设与投入使用，将使得利用农作物秸秆类纤维质原料生产乙 醇成为现实，其意义非常深远。由于受规模限制，纤维乙醇的生 产成本高达至元吨，按当时成本计算，比小麦为原 料生产燃油乙醇的成本高元至元，但是随着试验成功， 产能扩大后，成本有望降低。 中粮集团纤维素中试装置于年月日次 试车成功，在世界上首次将连续汽爆技术应用于纤维乙醇生产， 所用纤维素酶是中粮集团与丹麦诺维信公司联合开发的，从试验 结果看各项技术指标均达到国际先进水平。 以秸杆为原料生产乙醇首先面临的是原料体积庞大，收集 运输储存问题需很好解决其次是原料木质素含量较高，当采 用酸解预处理时所产生的酸性废水必须好好解决最后是酶制剂 所占成本比重很大，导致燃料乙醇成本偏高。 生产技术概述 以秸杆为原料生产乙醇的工艺为秸秆预处理有酸处理 法蒸汽爆破法湿氧化法等水解工艺有稀酸浓酸酶水 解发酵有同步糖化发酵法固定化细胞发酵木糖发酵出 池蒸馏脱水变性处理燃料乙醇。 原料 农作物秸秆主要是由纤维素半纤维素和木质素三大部分组 成。纤维素的化学组成十分简单，是由葡萄糖通过， 苷键连接而成的线型结晶高聚物，它容易被纤维素酶水解，产 生葡萄糖，进而通过发酵生产乙醇，是生产农作物秸秆燃料乙醇 的主要物质，其含量约占总量的。半纤维素在结构和 组成上变化很大，般由较短高度分枝的杂多糖链组成，链上 连接着数量不等的甲酰基和乙酰基，其分支结构使半纤维素无定 形化，比较容易被水解成其组成的糖类，但其所含的五碳糖不能 被发酵利用，含量约占总量的。木质素是以苯丙基为 基本结构单元连接而成的高分枝多分散性高聚物,非常难于被降 解。纤维素是细胞壁的主要成份，在纤维素的周围充填着半纤维 素和木质素，阻碍了纤维素酶同纤维素分子的直接接触。 可用于转化成酒精的生物质资源除农作物秸杆外，还包括针 叶材阔叶材森林加工剩余物农林废弃物以及城市纤维垃圾 等，其原料成分分析如表。通过化学和生物化学的方法可将纤 维素和半纤维素水解成单糖，继而发酵成酒精。 预处理 表植物纤维原料的组成单位，干基 原料纤维素戊聚糖木质素苯醇提取物灰分 玉米杆 稻草 桦木 红松 云杉 植物细胞壁中，微纤丝被半纤维素和木质素通过物理和化学 作用所包裹，不利于纤维素酶对纤维素的进攻，未经预处理的植 物纤维原料的天然结构存在许多物理和化学的屏障作用，纤维素 酶水解得率低，仅为左右，植物纤维原料在酶水解前 必须经过预处理，达到细胞壁结构破坏包括破坏纤维素木质素 半纤维素之间的连接降低纤维素的结晶度和除去木质素或半 纤维素增加纤维素比表面积的目的，以便适合于纤维素酶的 作用。植物纤维原料预处理的方法很多，包括物理法化学法 生物化学法以及以上几种方法的联合作用，各种预处理的方法如 表。 物理法预处理需要较多能量，预处理成本高，而且水解得率 低化学法预处理的不利因素是处理后的原料在产酶或酶解前需 用酸或碱中和，产酶时间较长利用白腐菌预处理的个主要缺 点是白腐菌在除去木质素的同时分解消耗部分纤维素和半纤维 素。因此，物理法化学法生物法都不适合作为工业化生产的 表植物纤维原料的预处理方法 物理法化学法生物法联合法 射线处理盐酸水解白腐菌蒸汽爆碎法机械 磨碎法硫酸水解高温机械磨碎法 醋酸水解碱机械磨碎法 氢氧化钠二氧化硫蒸汽爆碎法 预处理方法。在各种预处理方法中，蒸汽爆碎法适合于植物纤维 原料的预处理，在蒸汽爆碎过程中，物理和化学的作用使半纤维 素水解成单糖和寡糖，部分木质素溶解而使得原料适合于纤维素 酶的作用。 蒸汽爆碎预处理的机理目前还不十分清楚，瑞典隆德大学的 认为，在蒸汽爆碎过程中，醋酸自水解是个十分重要的 反应。但等发现半纤维素链上含乙酰基较少的原料蒸 汽爆碎预处理后酶水解仍能达到理想的效果。虽然植物纤维原料 在蒸汽爆碎过程中的详细变化还不十分清楚，但在蒸汽爆碎过程 中，将发生以下变化细胞结构破环纤维素结晶度和聚合度下 降半纤维素通过自水解作用转变成单糖和寡糖纤维素半纤 维素木质素的结构破坏部分木质素的芳醚键断裂且木质 素发生部分缩合作用。 纤维素酶及酶水解 纤维素酶是降解纤维素成为其葡萄糖单体所需的组酶的 总称，它不是单种酶，而是起协同作用的多组分酶系。般认为 主要包括三类酶组分内切葡聚糖酶外切葡聚糖酶 和纤维二糖酶。它们的水解机理是以随机形式水解 目录 项目概述 二技术的可行性分析 秸杆燃料乙醇生产技术现状 生产技术概述 原料 预处理 纤维素酶及酶水解 发酵 蒸馏脱水和变性 污水处理 三我场秸杆资源分析 四项目建设的技术方案 五项目的经济分析