(完整word版)利用木质纤维素生产燃料乙醇.doc

PAGE\*MERGEFORMAT6利用木质纤维素生产燃料乙醇前言经济社会的发展以能源为重要动力，经济越发展，能源消耗越多。到2059年，也就是世界上第一口油井开钻200周年之际，世界石油资源大概所剩无几。而生物质能是由植物的光合作用固定于地球上的太阳能，最有可能成为21世纪主要的新能源之一。据估计，植物每年贮存的能量约相当于世界主要燃料消耗的10倍；而作为能源的利用量还不到其总量的1%。专家预测，生物质能源将成为未来持续能源重要部分，到2015年，全球总能耗将有40%来自生物质能源。然而燃料乙醇的生产如均以糖类或粮食为原料，其产量受到粮食资源的限制，难以长期满足能源需求。从长远考虑必须进行科技创新，扩大原料来源。含木质纤维素的生物质废弃物是生产燃料乙醇的另一原料来源，它包括农作物秸秆、林业加工废料、甘蔗渣及城市垃圾中所含的废弃生物质等。国内外专家对木质纤维素原料转化为乙醇燃料进行了大量的研究。一．木质纤维素发酵生产乙醇的原理木质纤维素转化为乙醇的步骤主要分为两步：纤维素水解成糖，糖发酵成醇。由于木质纤维素结构复杂，纤维素、半纤维素不但被木质素包裹，而且半纤维素部分共价和木质素结合，纤维素具有高度有序晶体结构．因此必须经过预处理，使得纤维素、半纤维素、木质素分离开，切断它们的氢键，破坏晶体结构，降低聚合度，以提高水解效率。表2列出了几种木质纤维素中纤维素、半纤维素和木质素的含量。表2几种典型木质纤维素原料的组成质量分数/％原料纤维素半纤维素木质素玉米秸秆362829小麦秸秆362822稻草371910稻壳362019高粱秸秆321914云杉432629松木442629桦木403921柳木512916杨木512916新闻纸621621图1植物细胞壁构成示意图所有植物来源的木质纤维素均含有丰富的纤维素、半纤维素和木质素，纤维素和半纤维素可作为乙醇发酵的原料。图2木质纤维素发酵生产乙醇的路线纤维素是一种有100--1000个β-D-吡喃型葡萄糖单体以β-1,4-糖苷键连接的直链多糖，多个分子平行紧密排列成丝状不溶性微小纤维。在工业上，纤维素经酸解或酶解预处理后，释放出的葡萄糖可进入乙醇发酵途径。半纤维素是由多种多糖分子组成的支链聚合物，不同来源的半纤维素其单糖的组成各异。经测算，木质纤维素原料中半纤维素组分的有效利用有可能使乙醇燃料的生产成本降低25%，这主要是木糖的作用。利用产纤维素酶的微生物或纤维素酶先将纤维素水解成可发酵性糖，再利用酵母将其发酵成乙醇。产纤维素酶的微生物有真菌、酵母菌和细菌。典型的真菌产纤维素酶是由葡聚糖内切酶、葡聚糖外切酶、葡萄糖苷酶3个主要成分组成的诱导型复合酶系。葡聚糖内切酶和葡聚糖外切酶主要溶解纤维素，葡萄糖苷酶主要将纤维二糖转化为葡萄糖，当3个主要成分的活性比例适当时，就能完成纤维素的降解。一般地，嗜热厌氧细菌在生长速度和纤维素代谢速度上比其他菌株快，同时它所产生的纤维素酶的稳定性也有很大的提高。木质纤维素发酵生产乙醇的工艺木质纤维素制备生物乙醇的基本工艺可以分为预处理、水解、发酵和纯化等四部分。预处理的目的是去除阻碍糖化和发酵的生物质内在结构，粉碎木质素对纤维素的保护，破坏纤维素的晶体结构，使之与生物酶充分接触，取得良好的水解效果。评估预处理方法的有效性有以下几个标准：预处理工艺前无须对原料进行粉碎处理；可以保留半纤维素中的戊糖结构；有效限制对发酵过程具有抑制作用的物质产生；能源消耗低等。水解过程是利用酸或酶水解聚合物，使之成为可溶性的单糖。目前，酶水解以其较高的转化率(接近理论值)，被认为是最具商业前景的水解方法。发酵过程：对水解产物(五碳糖和六碳糖)进行发酵，获得乙醇。纯化处理：通过蒸馏、