1、生物質制酒精Biomass ethanol姓名：陳婷學號：03學院：化學化工學院班級：化工0903班專業(yè)：化工專業(yè) 指導老師：孔巖一、題目生物質制酒精二、課題技術背景1、生物質酒精的概況生物質酒精作為可再生能源不會枯竭，并且不會引起溫室效應。微生物發(fā)酵糖可以生產酒精。目前在工業(yè)生產中用于發(fā)酵產酒精的微生物主要是釀酒酵母和運動發(fā)酵單胞菌。包括秸稈在內的含有糖類物質的生物質都可能作為酒精發(fā)酵的原料，大分子物質的利用需先經(jīng)過酶的降解。生物酒精作為石油的替代物，其產業(yè)鏈還在繼續(xù)延伸。2、 生物質酒精發(fā)展以及研究意義生物質酒精的應用可以帶來巨大的經(jīng)濟、社會和環(huán)境效應，世界各國已經(jīng)有了不同程度的研究和應用

2、。隨著世界生物技術和工程技術的不斷發(fā)展，高產菌株的獲取越來越簡單，發(fā)酵工藝也得到不斷改進，這些都為生物質酒精的大規(guī)模生產提供了技術保證。隨著生物質酒精的研究領域和應用范圍不斷擴大，生物質酒精在可再生燃料市場中將占主要地位。二、檢索過程1、選擇檢索詞生物質 biomass 酒精alcohol 乙醇ethanol2、檢索數(shù)據(jù)庫以及檢索年代列表所用數(shù)據(jù)庫訪問方式檢索年代白度搜索引擎網(wǎng)貝力方數(shù)據(jù)庫全文中國期刊全文數(shù)據(jù)庫(CNKI)全文CA期刊文獻三、檢索式及檢索結果1、中文數(shù)據(jù)庫a、百度搜索引擎檢索式：采用百度的高級檢索，由于百度只有關鍵詞這一字段，所以選擇的檢索式為：關鍵詞 丸物質生產乙醇，并且是包

3、含以上全部關鍵詞。檢索結果：在高級搜索”中檢索，找到相關網(wǎng)頁約1,000,000篇，選才i其中1篇：1李東，袁振宏，王忠銘，廖翠萍，吳創(chuàng)之.中國科學院廣州能源研究所，中國科學院研究生院.生物質合成氣發(fā)酵生產乙醇技術的研究進展.J.可再生能源，2006, (2): 112.cnki:ISSN:、萬方數(shù)據(jù)庫檢索式1： Title:"生物質"KeyWords:酒精檢索結果命中19條，選擇其中1條如下：1段鋼，孫長平.杰能科國際生物工程有限公司，無錫.酶在生物質轉化為燃料酒精中的應用.J.食品與發(fā)酵工業(yè)，2005, 31 （05）: 7377. CNKI:SUN:.2005-05-

4、023檢索式2： :KeyWords:生物質Abstract:酒精 檢索結果：命中50條，選擇其中1條如下：1王倩，張偉，王頡，李長文.河北農業(yè)大學食品科學院，河北農業(yè)大學食品科學院.生物質生產酒精的研究進展.J.釀酒科技，2003, （03）.C、中國期刊全文數(shù)據(jù)庫（CNKI）（該數(shù)據(jù)庫均提供原文） 檢索式1 :（篇名=（生物質）and關鍵詞=（酒精or乙醇）and篇名=（酒精or乙醇） 檢索結果命中60條，選擇其中2條如下：1張寧，蔣劍春，程荷芳，曾凡洲I.中國林業(yè)科學研究院林產化學工業(yè)研究所國家林業(yè)局 林產化學工程重點開放性實驗室.木質纖維生物質同步糖化發(fā)酵（SSF在產乙醇的研究進展.J

5、.化工進展，2010, 29 （02）: 238242. CNKI:SUN:.2010-02-0142曾凡洲，蔣劍春，衛(wèi)民，陳育如.中國林業(yè)科學研究院林產化學工業(yè)研究所，生物質化 學利用國家工程實驗室，國家林業(yè)局林產化學工程重點開放性實驗室，南京師范大學生命科學學院.生物質水解發(fā)酵生產燃料乙醇的研究進展.J.生物質化學工程，2009, 43 （02）.CNKI:SUN:.2009-02-014檢索式2:（篇名=（生物質）and摘要=（酒精or乙醇）and篇名=（酒精or乙醇） 檢索結果命中52條，選擇其中2條如下：1張維特，時旭，歐杰，李柏林，楊建強，胡翔，房建孟，何培民.上海海洋大學水產與生

6、命學院，上海海洋大學食品學院，國家海洋局北海分局.酸法水解綠潮藻生物質及發(fā)酵制乙醇的效果.J.上海海洋大學學報，2011, （01） . CNKI:SUN:施雪華，余敏，曲有鵬，李冬梅， 馮玉杰.上哈爾濱工業(yè)大學市政環(huán)境工程學院，哈爾濱工業(yè)大學生物工程研究中心.利用木質纖維素類生物質生產燃料酒精.J.釀酒，2008, （06） . CNKI:SUN:（2）外文數(shù)據(jù)庫（CA）檢索結果：1 Nick Nagle, Kelly Ibsen, Edward Jennings. A process economic approach to develop a dilute-acid cellulose

7、hydrolysis process to produce ethanol from biomass.J. Applied Biochemistry and Biotechnology ,1999:595 607. ISSN: 0273-2289.2 Van Draanen,Arlen,Mello,Steven. Production of ethanol and other fermentation products from biomass.J. CHEMCATCHEM,2011,3:490- 511. cctc.3 Kadam, K. L.,Schmidt, S. L. Evaluati

8、on of Candida acidothermophilum in ethanol production from lignocellulosic biomass.J. Applied Microbiology and Biotechnology, 48（6）, 709-713 （English） 1997 Springer-Verlag. ISSN: 0175-7598.四、綜述在世界石油資源加速枯竭、國內糧食階段性過剩、環(huán)境污染日益嚴重的大背景下，十多年來，我國生物質液體燃料產業(yè)發(fā)展迅速。進入新的歷史時期，國內糧食產銷形勢發(fā)生變化，生物質燃料企業(yè)發(fā)展面臨著原料轉型、技術進步、完善價格體系

9、及深入研究等一系列問題。開發(fā)利用生物質能等可再生環(huán)保能源對建立可持續(xù)發(fā)展的能源體系，改變能源生產和消費方式，促進全球經(jīng)濟發(fā)展和保護環(huán)境具有深遠意義。隨著全球經(jīng)濟的高速發(fā)展，對于優(yōu)質燃料的需求日益增加，但是傳統(tǒng)能源的利用方式已經(jīng)難以滿足現(xiàn)代經(jīng)濟發(fā)展的需求，而生物質能轉換利用技術對于加快能源現(xiàn)代化進程，滿足對優(yōu)質能源的迫切需求，實施能源可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略都具有重要意義。發(fā)展生物質液體燃料替代日益枯竭的石油資源是世界各國共同的責任，世界上很多能源需求國家，多年來都在各自的研究領域取得了一定成果，我國急需加強國際間的交流與合作，實現(xiàn)優(yōu)勢互補，共同開發(fā)，加快產業(yè)發(fā)展速度。目前，發(fā)達國家已從傳統(tǒng)方式利用生物質

10、能過渡到用先進技術發(fā)展生物柴油、生物質燃料電池等，生物質液化燃料的發(fā)展已形成了一定的規(guī)模。然而，在確保糧食作物的前提下， 全球有多少土地可以用來種植能源作物種植某種高產的能源作物是否會產生生物物種的單 一性如何確保生物質能的可持續(xù)供應這些問題還有待于深入研究。直到糧食危機來臨前，人們更加關注的是原油價格和能源危機。遍布于世界的8億輛汽車，每天需消耗的油料達到數(shù)千萬桶。如果沒有原油，這8億輛汽車毫無疑問將成為 8億堆廢鐵。在高油價和能源供求矛盾日益突出的背景下，人們迫切希望找到可持續(xù)性替代能源的良方。生物燃料在這個背景下出現(xiàn)，確實能夠迎合人類的諸多幻想，相比之下，石油埋藏于地下，不可再生；提取生

11、物燃料的農作物，生長于地表，人工種植，源源不絕。一時間，生 物燃料被視為填補石油短缺的魔力工具”。但當全球最大的汽車燃料消耗國美國開始大規(guī)模應用生物燃料，將玉米和谷類用于制造生物燃料，而不再被用于食物時，穩(wěn)定的全球糧食供應秩序開始失去平衡。開發(fā)利用生物質能等可再生環(huán)保能源對建立可持續(xù)發(fā)展的能源體系，改變能源生產和消費方式，促進全球經(jīng)濟發(fā)展和保護環(huán)境具有深遠意義。隨著全球經(jīng)濟的高速發(fā)展，對于優(yōu)質燃料的需求日益增加，但是傳統(tǒng)能源的利用方式已經(jīng)難以滿足現(xiàn)代經(jīng)濟發(fā)展的需求，而生物質能轉換利用技術對于加快能源現(xiàn)代化進程，滿足對優(yōu)質能源的迫切需求，實施能源可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略都具有重要意義。則德國德國的農業(yè)專家

12、預測， 如果德國所有的柴油汽車都使用菜籽油轉化的生物柴油,的油菜種植面積至少需要 Z3的國土面積。英國倫敦帝國大學的伊勒密•伍德的結論是：如果英國僅把交通能源的 5%采用生物質燃料， 那么種植油菜需要12%的全國耕地面 積；如果將全部交通能源采用生物質燃料，則英國的全部國土面積也遠遠達不到要求。可見，有許多原因使全面推廣生物質能變得不太現(xiàn)實，因為人們不僅需要足夠的地方居住，而且需要更多的地方種植賴以生存的糧食作物。開發(fā)能源作物必須防止自然界物種多樣性遭破壞。生物質二氧化碳的排放總的來說是能夠達到平衡，即消耗能源作物生產液化燃料時釋放二氧化碳，而種植能源作物時又吸收二氧化碳，

13、因此對環(huán)境的友好特性遠超過石油。但大面積種植單一的能源作物也可能導致嚴重的負面效應，如土地堿化、動物和昆蟲的多樣性受到破壞等。一些國家曾為了種植快速生長的速生林而大面積砍伐原始森林和當?shù)靥赜械牧帜荆Y果造成當?shù)氐膭游铩?昆蟲等物種明顯減少，嚴重的甚至影響到當?shù)貧夂颉Ｒ虼耍茉醋魑锓N類的選擇需要充分考慮當?shù)貧夂颉h(huán)境、物種多樣性等多種因素。歐洲農業(yè)專家還指出，隨著現(xiàn)代生物技術的發(fā)展，一些轉基因高產 能源作物品種也有可能被大面積推廣，各國在引入轉基因能源作物過程中，也應該對其在生態(tài)環(huán)境方面的潛在影響進行科學的評估。生物質燃料目前急需解決的問題是：技術上的不成熟和成本太高。只要不與民爭糧、 占用耕地

14、、不破壞環(huán)境，其發(fā)展不會遭到異議。因此，我們對生物質燃料一定要有一個客觀的認識，認真權衡其利弊。在規(guī)劃發(fā)展生物質燃料時要有適當?shù)牟椒ヅc節(jié)奏，將其生態(tài)風險因素考慮進去。為了追求生物質燃料的占有量而快速擴張是不可取的，我們不能在解決環(huán)境問題的同時又引來新的環(huán)境問題。其他國家已出現(xiàn)的問題或隱患是我們的前車之鑒。在規(guī)劃發(fā)展生物能源時，一定要警惕其潛在的生態(tài)風險，不可盲目急進。生物質燃料酒精的大規(guī)模開發(fā)應用取決于諸多技術的綜合集成，但最關鍵的技術應包括以下幾個方面，即：（1）實現(xiàn)木質纖維素有效性和經(jīng)濟性的預處理技術，使更多的生物質碳轉變?yōu)槿剂弦掖迹唬?）高效、價廉的酶轉化半纖維素、纖維素為可發(fā)酵性糖；（

15、3）能迅速、完全地轉化木質纖維素中各種各樣的五碳糖、六碳糖為乙醇的多功能微生物。這些技術的突破需要多學科的交叉、融合以及從基礎研究、應用研究到產業(yè)化研究的聯(lián)合攻關，此外還需要國家政策支持和資金投入，使木質纖維素燃料乙醇的生產技術更加成熟，生產成本能與汽油、天然氣相當或更低。 到那時，木質纖維素酒精不但可以作為燃料乙醇；同時可以作為工業(yè)化學品的前體，部分或完全取代石油、 天然氣等不可再生資源在全球大規(guī)模使用，實現(xiàn)人 類、資源、環(huán)境的可持續(xù)協(xié)調發(fā)展。乙醇的生產方法可概況為兩大類：發(fā)酵法和化學合成法。化學合成法是用石油裂解產出 乙烯氣體來合成乙醇，有乙烯直接水合法，硫酸吸附法和乙快法等，其中乙烯直接

16、水合 法應 用比較多。目前，乙醇生產主要是糖質作物（甜菜，甘蔗等）和淀粉質作物（玉米， 土豆等）的直接發(fā)酵，以及纖維質原料（玉米稈，稻草等）的水解-發(fā)酵這兩種工藝。在人們探索生物質液體燃料生產技術過程中，生物質合成氣發(fā)酵生產乙醇無疑是一種新 方法，它是一種由生物質間接制備乙醇的方法，集成了熱化學和生物發(fā)酵兩種工藝過程。從使用的原料角度來看， 化學合成法顯然不適宜，石油是不可再生資源，它的利用違背了可持續(xù)發(fā)展和環(huán)保的原則，現(xiàn)在，發(fā)酵法生產的乙醇占全球總量的95%以上，其中絕大部分的燃料乙醇產業(yè)化生產都以糧食為生產原料，然而，占生物質資源70%以上的纖維素類原料也可以用于生產乙醇等液體燃料。基本流

17、程：1、生物質氣化，氣化過程需要在一定的溫度下進行，以免產生大量灰渣，還應該在氧不足的條件下氣化，以免過分燃燒且合成氣中含有0（影響后面的發(fā)酵過程）。2、發(fā)酵過程整合后的合成氣進入發(fā)酵設備后通過細菌的作用轉化成乙醇。生物反應器的類型，尺寸，培養(yǎng)基成分，菌種，合成氣成分以及操作條件均會影響乙醇產率。3、分離提純發(fā)酵過程結束后，通過膜分離系統(tǒng)將細菌回收再利用；實際上，含有乙醇的發(fā)酵液通過三個不同的過程最終得到無水乙醇：首先通過蒸發(fā)系統(tǒng)得到濃度為7%的乙醇溶液，進一步 通過精微系統(tǒng)達到乙醇的共沸濃度，最后通過分子篩脫水得到無水乙醇。關鍵技術現(xiàn)狀：1、氣化方法的選擇，為了提高該技術的經(jīng)濟競爭力，應該選

18、擇較適合的氣化爐并對其優(yōu)化，以得到盡可能多的 C0和H2,減少C和H以C02和H20的方式流失。俄克拉荷馬州立大學對柳枝稷和百慕大群島草通過三種反應器操作方式進行氣化：空氣氣化，高溫裂解和蒸汽裂解氣化。結果得出，采用蒸汽裂解氣化對于提高乙醇產量更具有優(yōu)勢。2、發(fā)酵菌株，80年代末，美國阿肯色州立大學的Gaddy博士 和他的助手就開始了生物質合成氣的發(fā)酵研究。他們從家禽的生活垃圾（雞糞）中分離到能夠利用合成氣生成乙醇 和乙酸的一株純 培養(yǎng)物，并對其進行形態(tài)學和生物化學特性鑒定，證明它是一種新的厭氧 梭菌，命名為 Clostridium Ijungdahlii。3、發(fā)酵菌株的代謝途徑以及關鍵酶，合成氣發(fā)酵產 乙醇的微生物代謝途徑已經(jīng)有報道厭氧細菌（例如Clostridium ljungdahlii和Clostridiumautoethanogenum ）利用CO, CO2, H2發(fā)酵產生乙醇和乙酸是通過產乙酸途徑完成的，也 就是厭氧乙酰輔酶 A （acetyl-CoA）途徑。在發(fā)酵過程中，通常還伴有丁醇的生