木質纖維生物質煉制生產燃料乙醇技術進展木質纖維生物質煉制燃料乙醇技術進展摘要：本文介紹了木質纖維生物質各成分的生物分解過程以及生物煉制技術，包括生物轉化燃料乙醇、木糖醇和副產物利用等的研究現狀、存在問題及發展趨勢，為木質纖維生物質的應用研究提供理論基礎。關鍵詞：纖維生物質，生物煉制，燃料乙醇木質纖維生物質是地球上最豐富、最廉價的可再生資源，指植物通過光合作用生成的有機資源，如樹木、農作物秸稈等。燃料乙醇由于其成熟的生產應用技術和豐富的原料來源成為世界各國首選的生物能源。燃料乙醇的發展應立足于中國國情，走以非糧作物木質纖維素生物質為原料的生產路線。每年全球光合作用產生的木質纖維生物質高達2000億噸，相當于全世界每年消費能源的10倍，其中89％目前尚未被人類利用。我國的木質纖維原料非常豐富，每年僅農作物秸稈就有7億多噸。纖維素類物質主要由纖維素、半纖維素和木質素組成，采用生物煉制技術將它們充分利用，對我國經濟和社會的可持續發展具有十分重大的意義。以生物煉制為核心的生物技術第三次浪潮，將解決人類社會目前面臨的資源、能源與環境等諸多重要問題。木質纖維生物質簡介及生物煉制技術木質生物質主要由纖維素、半纖維素和木質素組成，其中纖維素約占干重的35-45％，半纖維素約占20－40％，木質素約占15－30％。纖維素是由D-吡喃葡萄糖基以β-1,4糖苷鍵連接而成天然鏈狀高分子化合物，完全水解后得到葡萄糖。半纖維素是一大類結構不同的多聚糖的總稱，主要是由木糖、葡萄糖、甘露糖、半乳糖和阿拉伯糖等連接而成的高分枝非均一聚糖。各種糖所占比例隨原料不同而變化，一般木糖占一半以上。半纖維素排列松散，無晶體結構，故比較容易被水解成單糖。木質素是以苯基丙烷為基本結構單元連接的高分枝多分散性高聚物。木質素有一定的塑性，不溶于水，一定濃度的酸或堿可使其部分溶解。纖維素乙醇生產成本比糧食乙醇高的部分原因是，目前研究中的木質纖維素類物質轉化為乙醇的工藝加工過程復雜，但目標產物單一。生物煉制是開發利用木質纖維素物質的基礎，是環境可持續發展和提高經濟效益的手段。生物煉制(biorefinery)概念：以生物質為基礎的化學工業也必需打破原來用生物質單純生產單一產品的傳統觀念，充分地利用原料中的每一種組分，將其分別轉化為不同的產品，實現原料充分利用、產品價值最大化和土地利用效率最大化。事實上谷物生產乙醇工業已經在自覺或不自覺地采用了生物煉制技術。河南天冠集團利用小麥生產乙醇時，通過聯產麩皮、小麥蛋白(谷元粉)、高蛋白飼料，以及用廢水發酵生產沼氣，用二氧化碳生產可降解塑料等，將全部原料都轉化成不同的產品。木質生物質生物煉制主要以玉米秸稈或麥稈為原料，通過化學消解或酶水解分解成三種組分：半纖維素、纖維素和木質素。從3類主要組分衍生出不同的化學品：纖維素斷開為葡萄糖，葡萄糖發酵制乙醇、有機酸或溶劑；半纖維素可水解成木糖，木糖及其衍生物可以生產各種功能食品，也是糠醛和呋喃樹脂的前體；木質素是苯丙烷衍生物的聚合物，可以用于生產高值的芳香族化合物，也可用于制備生物肥料。木質纖維素物質煉制燃料乙醇過程中的副產物有CO2、預處理廢液、酒精廢糟液等。每生產1t乙醇要消耗約5.188t秸稈，產生1tCO2、10t預處理廢液、10～15t酒精廢糟液。木質纖維生物質煉制生產燃料乙醇的多產品共生。木質纖維物質生物煉制的核心技術是纖維素水解和木糖等五碳糖的利用。而妨礙木質纖維素資源酶法生物轉化技術實用化的主要障礙，就是纖維素酶的生產效率低和成本高。木糖由半纖維素水解生成，含量可達植物纖維水解糖類的35％以上。木糖的充分利用，由其生產衍生物產品或發酵轉化為乙醇被人們視為木質纖維原料生物煉制是否經濟可行的關鍵環節。2.1纖維素降解為葡萄糖，發酵生成燃料乙醇。纖維素經過預處理、水解、微生物發酵生成燃料乙醇。常用的預處理方法包括稀酸處理、蒸汽爆破法、熱水處理法(hydrothermal)、有機溶劑法、氨爆破的生長。木質素也可制備貴重香料—香蘭素。2.4副產物CO2、預處理廢液、酒精廢糟液的利用。乙醇發酵產生的CO2純度較高，一般可達到99%以上，所含雜質數量較少，只需對這些雜質進行簡單的提純處理便可獲得高純度的CO2。二氧化碳和環氧丙烷在催化劑的作用下發生共聚反應生成可降解塑料PPC。蒸汽爆破過程生成的副產物會阻礙后續水解和發酵，因此要用水洗掉這些副產物，同時也洗去了大部分可溶于水的半纖維素及其水解產物木糖、阿拉伯糖,這些物質與水洗副產物混合在一起難于分離，利用它們作碳源進行單細胞蛋白(SCP)的生產是簡便有效的預處理廢液處理途徑。酒精廢糟液可厭氧發酵抽取沼氣發電。隨著現代工業的快速發展和世界人口的激增，人類正面臨著能源和石油危機的嚴峻挑戰。能源與資源安全、經濟增長及環境質量等方面存在的威脅，嚴重影響了中國的可持續發展戰略。發展高效的生物煉制既是中國戰略安全的需要，也符合世界的發展潮流。構建木質纖維生物質資源的生物煉制模式，打破用生物質單純生產單一產品的傳統觀念，充分利用原料中的每一組分，將其分別轉化為不同產品，以此解決木質纖維素物質轉化技術經濟效益不過關的問題。建立木質纖維生物質煉制技術示范企業，在原料豐富的農村地建立生物煉制中心，使農作物全株收獲，經過分級分離和精細加工，最終實現全部利用。50年后生物質的生物煉