生物乙醇（Bioethanol） 摘要：生物乙醇是指通過微生物的發酵將各種生物質轉化為燃料酒精。在能源安全問題日益突出、傳統化石能源的消耗造成嚴重環境危害的形勢下，生物燃料乙醇已經成為世界各國重點研究和推廣的能源課題之一，在我國以乙醇代替汽油或部分代替汽油驅動機動車輛，農用機械也勢在必行。國內外對生物質燃料乙醇進行了100多年的生產、應用和推廣工作，但至今依然存在著許多關鍵的制約因素。研究表明，嚴重制約著生物質燃料乙醇規?；a的關鍵瓶頸問題有兩個：一是原料的預處理造成嚴重的環境污染或處理成本偏高；二是發酵階段中糖的利用率低造成燃料乙醇產率偏低。本篇文章主要是對國內外各類燃料乙醇加工制取工藝進行大致介紹，并分析當今世界生物燃料乙醇生產的發展趨勢。關鍵詞：生物質，燃料乙醇，發酵，工藝，能源。 ABSTRACT:Ethanol is through the microbial fermentation will all kinds of biomass into fuel alcohol. Energy Safty Problem is becoming more and more outstanding day after day, all or part the gasoline is replaced by fuel-ethanol will be imperative under the situation for driving motor vehicles and farming machines in China. Production,application and extension along with many others of fuel ethanol have been made over 100 years.However,there are many key obstacle factors especially two sides in it today.One is serious environmental pollution and high cost caused by pretreatment of materials,the other is the lower conversional rate of fuel ethanol during sugar fermentation. This article is mainly to the fuel ethanol processing all kinds of domestic and foreign production technology introduced roughly, and analysis of the current world biofuel ethanol production development trend.Keywords: biomass,fuel ethanol,fermentation,technics,energy.引言：生物乙醇以其可再生，燃燒不增加大氣中二氧化碳量的關系，作為燃料的前途被社會所期待。生產燃料乙醇的生物質原料資源可以分為三類：糖類、淀粉類、纖維素類。但是生物乙醇的制取至今依然存在著許多關鍵的制約因素。生物乙醇主要應用在兩個方面，分別為作為車用燃料和燃料電池燃料。世界經合組織于2004年9月6日公布的最新研究報告建議：各國政府應大力支持和鼓勵生物質能源領域的技術創新，減小它與傳統原油及天然氣產品的價格差距，以最終達到替代的結果。 生物乙醇是以富含淀粉，糖分的生物質為原料通過發酵和蒸餾提純制得的乙醇，屬于可再生資源。目前生物乙醇主要來自于谷物糧食發酵，該工藝生產技術已經相當成熟，但生產成本較高，且受到糧食安全等社會因素的制約。生物乙醇最廉價的智取途徑是廢棄的農作物秸稈發酵。生物乙醇可以單獨或與汽油混配制成乙醇汽油作為汽車燃料。 1. 燃料乙醇的制取工藝 生物質生產燃料乙醇的主要過程是：先將生物質轉化成糖，再將糖發酵得到乙醇。不同的生物質原料，糖化步驟不同。【1】生產燃料乙醇的生物質原料資源可以分為三類：糖類，包括甘蔗、甜高粱、甜菜等；淀粉類，包括玉米、小麥、甘薯、木薯等；纖維素類，包括秸稈、麻類、農作物殼皮、樹枝、落葉、林業邊角余料等。 1.1糖類生物質原料生產燃料乙醇的工藝目前工業上利用糖類原料生產乙醇的菌種多為釀酒酵母，釀酒酵母進入糖液的發酵體系后，體系中的糖分（主要是單糖和多糖）通過酵母的營養運輸機制進入細胞內，在糖乙醇轉化酶系統的作用下，最終生成乙醇、CO2和熱量?！?】 在糖類生物質原料中，利用甜高粱汁液生產燃料電池具有更為廣闊的前景。甜高粱收獲時，每公頃除可收獲高粱籽6t外，還可收獲秸稈75300t，且耐鹽堿、抗倒伏?！?】大致步驟為：獲取汁液，再進入酒精發酵過程，適當調節pH值，之后再進行酒精蒸餾。發酵后的殘渣可以綜合利用，其BOD含量更高。1.2淀粉類生物質原料生產燃料乙醇的工藝淀粉類生物質發酵法制取乙醇要求原料富含碳水化合物，含蛋白質適量，少含或不含影響發酵的組分。其原理為：在熱水里淀粉顆粒會膨脹，有一部分淀粉溶解在水里，另一部分懸浮在水里，形成膠狀淀粉糊。進而在糖化酶作用下水解為被酵母利用的糖。酵母菌利用這些糖進行發酵，在各種酶的催化下轉化為乙醇。【4】1.3纖維素類生物質原料生產燃料乙醇的工藝其主要步驟為：纖維素預處理、纖維素酶解、酵母發酵及乙醇分離。由于纖維素生物質轉換不能僅僅只使用釀酒酵母菌株，科學家利用重組酵母進行發酵，并采用同步糖化發酵工藝【5】，大大提高了乙醇產量。發酵中，我們根據纖維素與半纖維素的性質采用不同的發酵方法相結合，如中科院生化工程國家重點實驗室的陳洪章【6】等提出的秸稈分層多級轉化液體燃料構思，將產量提高了60%。 2. 生物燃料乙醇未解決的問題生物乙醇作為一個極具發展前景的燃料，解決了能源危機問題，但是，密歇根州立大學研究人員的研究結果表明，生物乙醇的能源利用率較低。【7】此外，盡管生物乙醇燃料能夠減少溫室氣體的排放量，但是，研究者稱，過去大部分研究中，在計算溫室氣體凈效果的影響時，錯誤地忽略或是系統地低估了土地利用變化對環境的影響，而這將會間接地釋放巨大的碳儲存。【8】而在我們國家，還存在著原料不足，成本較高，缺乏市場競爭力，資源評價、技術標準、產品檢測和認證等體系不完善，以及市場環境和保障機制不夠完善等問題?！?】 3. 生物乙醇的應用生物乙醇主要應用在兩個方面，分別為作為車用燃料和燃料電池燃料。這里主要介紹乙醇汽油。汽油摻乙醇后，會有如下的性能的變化。第一，乙醇可提高汽油的辛烷值；第二，燃料乙醇的加入，可提高汽油含氧量，改善燃燒，減少一氧化碳等不完全燃燒污染物排放；第三，可有效地防止積碳的形成，減少故障?！?0】同體積的生物乙醇汽油和汽油相比，燃燒熱值低30左右，但因為只摻入10，熱值減少不顯著，而且不需要改造發動機就可以使用。【11】美國新配方汽油可以有效降低汽車尾氣排放使用乙醇體積分數為6的加州新配方汽油與常規汽油相比，碳氫化合物排放降低10屹7。C0排放減少210o,-128氮氧化合物排放減少7no,-160o，有毒氣體排放降低90曠32。使用乙醇體積分數為85、汽油體積分數為15的混合燃料(E15)，而不改變其他條件，與常規汽油相比，碳氫化合物排放降低5，氮氧化合物排放減少400,4，CO增加約7。我國研究結果表明，燃用E15和E25(乙醇體積分數為25、汽油體積分數為75的混合燃料)時碳氫化合物含量比燃用汽油分別下降162和300,4CO排放分別減少300,6和47。【12】全球現在使用生物乙醇做成ETBE（乙基叔丁基醚-一種性能優良的高辛烷值汽油調和組分）替代MTBE（甲基叔丁基醚），通常以515%的混合量在不需要修改/替換現有汽車引擎的狀況下加入；有些時候ETBE也以替代鉛的方式加入汽油中，以提高辛烷值而得到較潔凈的汽油；也可以完全替代汽油使用為輸送燃料。目前世界上使用乙醇汽油的國家主要是美國、巴西等國。在美國使用的是E85乙醇汽油，即85%的乙醇和15%的汽油混合作為燃料，而美國是用甘蔗和玉米來生產乙醇的，這種E85汽油的價格與性能與常規汽油相似。 4.生物燃料乙醇的研究現狀及發展前景近兩年來，各大能源消費國競先尋求替代石油的新能源。美國和歐洲不約而同地都選擇生物燃料乙醇作為主要的替代運輸燃料，并制訂了雄心勃勃的開發計劃。2007年1月，美國總統布什在國情咨文中宣稱，美國計劃在今后10年中將其國內的汽油消費量減少20%，其中15%通過使用替代燃料實現，計劃到2017年燃料乙醇的年使用量達到1325億升，是目前年使用量的7倍。2007年3月，歐盟27國出臺了新的共同能源政策，計劃到2020年實現生物燃料乙醇使用量占車用燃料的10%。中國開發生物燃料乙醇的熱潮也在近兩年驟然升溫。2005年，中國生產燃料乙醇125萬噸，2006年增長到133萬噸。中國燃料乙醇的消費量已占汽油消費量的20%左右。目前，我國生物燃料乙醇生產技術已經日趨成熟，部分地區出現車用乙醇汽油替代普通無鉛汽油，成為繼巴西、美國之后第三大生物燃料乙醇生產國和消費國。【13】 國務院常務會議審議并原則通過可再生能源中長期發展規劃，我國將停止在建糧食乙醇燃料項目，在不得占用耕地，不得消耗糧食，不得破壞生態環境的原則下，堅持發展非糧燃料乙醇?？梢哉f，這一決定的主旨是讓燃料乙醇項目緊急“剎車”。此舉意味著，各地一哄而上的糧食燃料乙醇項目將受阻。市場化是趨勢國家對于企業還采取了利潤補貼、稅收支持等多種方式，來支持燃料產業的發展。目前我國燃料乙醇行業，還處在“以產定銷、計劃供應”階段，離市場化競爭和運作尚存在較大的距離。而且，相關企業缺乏相應的市場操作經驗和思想準備。未來幾年國家對于燃料乙醇的支持方式將進行轉變，從成本加利潤，到定額補貼，再到2008年底取消補貼，意味著國家將逐步放開，實現燃料乙醇完全市場化?！?4】進入門檻將提高.針對部分地區產業過熱傾向，國家發改委、財政部將聯手加強生物燃料乙醇項目建設管理，除試點工程外，任何地區的燃料乙醇項目核準和建設一律要報國家審定。同時，政策技術門檻也將提高。比如，從水耗來說，將來噸料乙醇水耗要控制在噸以下，目前這個數字至少是10噸；產噸乙醇煤耗要降低到500公斤以下，與國際同步；COD（化學耗氧化物）排放也有較高標準。 結語：由于燃料乙醇的應用可以帶來巨大的經濟、社會和環境效應，所以世界各國對它已有了不同程度的研究和應用。隨著現代生物技術與工程技術的不斷發展，高產菌株的獲取將變得相對容易，發酵工藝及精一餾技術也得到不斷改進，這些都為燃料乙醇的大規模生產提供了技術保證。發展燃料乙醇可解決我國的石油資源短缺和環境污染等問題，有利于保證國家能源安全和社會的可持續發展。隨著燃料乙醇的研究領域和應用范圍不斷擴展，燃料乙醇在可再生燃料市場中將占據主要地位，發展前景廣闊。 參考文獻：【1】柴梅，顏涌捷生物質生產燃料乙醇技術的研究J.上海節能,2006,(6):71-74【2】王凡強，許平產乙醇工程菌研究進展J.微生物學.2006,46(4):673-675【3】黎大爵甜高粱可持續農業生態系統研究J中國農業科學,2002,3(58):1021-1024【4】劉榮厚，梅曉巖，顏涌捷燃料乙醇制取工藝與實例M.北京：化學工業出版社，2007【5】kadar Zs,Szengyel,Reczey KSSF of industrial wastes for the production of ethanolJ.Industrial Crops and Products，2004,20（1）：103-110【6】陳洪章，徐建，姚建中，等秸稈分層多級液體燃料新工藝的研究進展J.生物加工過程2005,3(1):9-13【7】Study finds using food grain to make ethanol is energy-inefficientJ.Environmental Science & Technology，2010，May 15:3648【8】Mark O.BarnettBiofuels and Greenhouse Gas Emissions:Green or Red?J.Environmental Science & Technology，2010，May 1:5330-5331【9】李志軍生物燃料乙醇發展現狀、問題與政策建議J.中國生物工程雜