植物纤维素原料生产燃料酒精研究进展.ppt

植物纤维素原料生产燃料酒精研究进展摘要：对采用植物纤维素原料生产燃料酒精的原料预处理技术、水解技术及发酵技术进行全面评述，并对采用植物纤维素原料生产燃料酒精前景予以展望。植物纤维素原料是世界上最为丰富、廉价的可再生资源，利用植物纤维原料生产燃料酒精是保持社会可持续发展有效途径之一。酒精作为一种可再生的绿色能源，可以部分替代或者全部替代汽油，正在引起人们对它的极大的兴趣。美国、巴西、法国与加拿大自20世纪80年代就开始用酒精部分替代汽油的研究与开发工作，并开发出适用于酒精作为燃料的汽车。人们对于采用植物纤维素原料生产酒精已进行了大量的研究与开发工作，一般来讲，采用植物纤维素原料生产酒精包括三个子过程：植物纤维素原料的预处理、酶水解糖化与发酵生成酒精。一、植物纤维素原料的预处理

植物纤维素的酶水解糖化的效率受植物纤维素的可及度、结晶度、木质素和半纤维素的含量及与纤维素结合方式的影响。植物纤维素原料的预处理的目的是除去其中木质素和半纤维素，降低植物纤维素的结晶度，增加其可及度，提高植物纤维素的酶水解糖化的效率。植物纤维素原料的预处理的方法很多，可分为物理方法、化学方法、物理化学方法、生物方法及各种组合方法五大类。1.物理方法
常用的物理预处理方法有：机械破碎、高能辐射及超声波与微波处理。作者曾对微波处理稻草做过较为深入的研究，发现微波单独预处理对水解影响不大，但与化学预处理联合使用时，存在协同作用，微波可以很方便地与其它方法组合使用。

2.化学方法
常用的化学预处理方法有：酸水解、碱水解、氨解、各种氧化剂氧化处理与其它化学试剂处理。植物纤维素的酸水解处理可以在较温和的条件下，使其中的半纤维素分解为戊糖类化合物，这样可以降低植物纤维素原料中的半纤维素的含量，一般不能使其中的木质素发生降解，同时酸处理后需中和后再进行酶水解，处理费用要高于蒸气爆破。3.物理化学方法
最常见的物理化学方法有：水蒸气爆破、CO2，爆破【此与氨冷冻爆破]。水蒸气爆破是将植物纤维素原料用160～260℃的饱和水蒸气处理适当时间(温度越高，处理时间越短)，然后连同水蒸气一起从反应器中急速放出降压而爆破，使纤维素周围的木质素与半纤维素所构成的结合层遭到破坏，同时增加了纤维素的可及度，降低了结晶度，使得其水解效率提高。

4.生物方法
对生物方法预处理植物纤维素，研究最多的是白腐真菌分解植物纤维素中的木质素，进而提高植物纤维素的水解效率。随着现代生物技术的发展，特别是基因工程技术的发展，生物方法预处理植物纤维素的优势会逐渐显现出来。5.组合方法

在实际对植物纤维素原料进行预处理时，单一的处理方法很难达到预定的效果，往往采用各种不同的组合方法，比较常见的是先采用机械破碎，然后采用爆破，化学的或是生物的方法进行处理。先对植物纤维素原料进行机械破碎，然后采用电子辐射与碱水解进行联合预处理，可以显著提高其水解效率。作者在研究稻草水解时，先对稻草进行机械破碎，然后将微波与化学处理联合作用，可以提高稻草的初始水解速率。二、植物纤维素原料酒精发酵工艺·

植物纤维素原料酒精发酵工艺从形式可分为四类：两段发酵法、同时糖化发酵法、一步发酵法与固定化方法。两段发酵法是先将预处理后的植物纤维素原料经酶水解为还原糖，然后由还原糖发酵得到酒精的一种方法，其它植物纤维素原料酒精发酵工艺均是该工艺发展的结果。同时糖化发酵法是植物纤维素原料酶水解与酒精发酵在同一装置内同时连续进行，酶水解的还原糖直接被酒精发酵所利用，该工艺的优点除了可以有效地消除高底物浓度抑制外，还可以由于流程变短而减少设备投资，但存在酶水解与酒精发酵最佳工艺条件不协调与木糖抑制问题，一步发酵法是选取合适的酒精发酵菌株直接利用植物纤维素发酵得到酒精的一种方法，该工艺是最为理想的植物纤维素原料发酵生产酒精的方法，其难点在于得到合适的酒精发酵菌株。固定化方法是将纤维素酶与酒精发酵菌体固定化，使纤维素酶与酒精发酵菌体得到重复使用，从而降低植物纤维素原料发酵生产酒精的成本，三、植物纤维素原料发酵生产酒精前景展望

随着人口的不断增长和社会工业化进程不断加快，粮食、能源与环境问题将变得越来越突出。维素原料是世界上最为丰富、廉价的可再生资源，利用植物纤维素原料生产燃料酒精为解决上述问题提供了一条有效的途径。然而利用植物纤维素生产燃料酒精工业化仍然面临诸多挑战：
(1)尽管对植物纤维素原料预处理技术已进行了广泛深入的研究，但到目前为止，仍没有一种经济、节能、环保的工业化技术可应用于植物纤维素原料预处理，特别是在植物纤维素原料的综合利用上。
(2)纤维素酶在利用植物纤维索原料生产燃料酒精成本中居主导地位，如何降低纤维素酶工业化规模生产成本仍然有待解决。
(3)尽管基因工程技术与原生质融合技术为直接利用植物纤维素原料生产燃料酒精提供了可能，