1、 利用木質纖維素生產燃料酒精姓名：張曉峰姓名：張曉峰專業：化學工程專業：化學工程學號：學號：201331678201331678主要內容 生物乙醇發展現狀生物乙醇發展現狀 木質纖維素發酵生產乙醇的原理木質纖維素發酵生產乙醇的原理 木質纖維素發酵生產乙醇的工藝木質纖維素發酵生產乙醇的工藝 存在問題以及自己的看法存在問題以及自己的看法生物乙醇發展現狀 經濟社會的發展以能源為重要動力，經濟越發展，能源消耗越多。到2059年，也就是世界上第一口油井開鉆200周年之際，世界石油資源大概所剩無幾。而生物質能是由植物的光合作用固定于地球上的太陽能，最有可能成為21世紀主要的新能源之一。 然而燃料乙醇的生產如

2、均以糖類或糧食為原料，其產量受到糧食資源的限制，難以長期滿足能源需求。從長遠考慮必須進行科技創新，擴大原料來源。含木質纖維素的生物質廢棄物是生產燃料乙醇的另一原料來源，它包括農作物秸稈、林業加工廢料、甘蔗渣及城市垃圾中所含的廢棄生物質等。生物乙醇發展現狀 注:生物乙醇比重按照0. 79公斤/升折算, 1加侖=3. 785升 國家國家生物乙醇發展目標生物乙醇發展目標主要原料主要原料美國2012年 132億加侖；2022年 350億加侖玉米巴西2012年 95億加侖；2016年 115億加侖甘蔗歐盟2010年5.75%；2020年10%（生物柴油約占80%） 小麥，甜菜中國2010年 13億加侖；

3、2020年 33億加侖玉米，小麥，木薯加拿大2010年5%玉米，小麥泰國2007年10%糖蜜，木薯，甘蔗菲律賓2008年5%；2010年10%甘蔗，木薯木質纖維素發酵生產乙醇的原理木質纖維素轉化為乙醇的步驟主要分為兩步：纖維素水解成糖，糖發酵成醇。由于木質纖維素結構復雜，纖維素、半纖維素（半纖維素是由幾種不同類型的單糖構成的異質多聚體，這些糖是五碳糖和六碳糖，包括木糖、阿拉伯糖和半乳糖等。）不但被木質素包裹，而且半纖維素部分共價和木質素結合，纖維素具有高度有序晶體結構。 因此必須經過預處理，使得纖維素、半纖維素、木質素分離開，切斷它們的氫鍵，破壞晶體結構，降低聚合度，以提高水解效率。表2列出了

4、幾種木質纖維素中纖維素、半纖維素和木質素的含量。木質纖維素發酵生產乙醇的原理 植物細胞壁構成示意圖植物細胞壁構成示意圖 木質纖維素發酵生產乙醇的原理 表2 不同生物質原料的組成原料原料纖維素（纖維素（%） 半纖維素（半纖維素（%）木質素（木質素（%）玉米秸稈43278麥秸305015高粱稈352425稻草352512蔗渣392624玉米芯453515豆稈352520木質纖維素發酵生產乙醇的原理纖維素類物質纖維素木糖木質素水解纖維素酶葡萄糖木酮糖發酵直接發酵 異構化發酵直接發酵木糖異構酶（不能轉化為酒精）（不能轉化為酒精）乙醇木質纖維素發酵生產乙醇的路線木質纖維素發酵生產乙醇的原理 纖維素是一種

5、有100-1000個-D-吡喃型葡萄糖單體以-1,4-糖苷鍵連接的直鏈多糖，多個分子平行緊密排列成絲狀不溶性微小纖維。在工業上，纖維素經酸解或酶解預處理后，釋放出的葡萄糖可進入乙醇發酵途徑。半纖維素是由多種多糖分子組成的支鏈聚合物，不同來源的半纖維素其單糖的組成各異。經測算，木質纖維素原料中半纖維素組分的有效利用有可能使乙醇燃料的生產成本降低25%，這主要是木糖的作用。 利用產纖維素酶的微生物或纖維素酶先將纖維素水解成可發酵性糖，再利用酵母將其發酵成乙醇。木質纖維素發酵生產乙醇的原理產纖維素酶的微生物真菌酵母菌細菌典型的真菌產纖維素酶是由葡聚糖內切酶、葡聚糖外切酶、-葡萄糖苷酶3個主要成分組成

6、的誘導型復合酶系。 嗜熱厭氧細菌在生長速度和纖維素代謝速度上比其他菌株快，同時它所產生的纖維素酶的穩定性也有很大的提高。 木質纖維素發酵生產乙醇的工藝木質纖維素制木質纖維素制備生物乙醇的備生物乙醇的基本工藝基本工藝預處理水解發酵純化預處理可以去除木質素和半纖維素，降低纖維素的結晶性，從而增大原料的可接觸表面積，使得酶容易接近纖維素表面并進行水解。 發酵過程是對水解產物(五碳糖 和六碳糖)進行發酵，獲得乙醇。水解過程是利用酸或酶水解聚合物，使之成為可溶性的單糖。通過蒸餾、過濾等手段，獲得純凈的乙醇木質纖維素發酵生產乙醇的工藝1.1.木質纖維素的預處理木質纖維素的預處理 由于木質纖維素的組成成分復

7、雜、穩定，使得其生物降解難于迅速進行。木質素雖然對纖維素分解物質（如酶等）反應沒有阻礙作用，但它阻止纖維素分解物對纖維素的作用，因此人們不得不借助化學的、物理的方法進行預處理，使纖維素與木質素、半纖維素等分離開；使纖維素內部氫鍵打開，使結晶纖維素成為無定型纖維素，以及進一步打斷部分-1,4-糖苷鍵，降低聚合度；半纖維素被水解成木糖、阿拉伯糖等單糖。經預處理后，有的纖維素的酶法降解速率甚至可以與淀粉水解相比。木質纖維素發酵生產乙醇的工藝方法方法例例 證證熱機械法碾磨，粉碎，抽提自動水解法蒸汽爆破、超臨界CO2爆破酸處理法稀酸（H2SO4，HCl），濃酸（H2SO4，HCl），乙酸等堿處理法NaO

8、H，堿性過氧化氫，氨水有機溶劑處理法甲醇，乙醇，丁醇，苯生物法木素過氧化物酶，Mg依賴過氧化物酶木質纖維素材料的預處理方法木質纖維素發酵生產乙醇的工藝2. 纖維素發酵生產乙醇纖維素發酵生產乙醇 纖維素是一種有100-1000個-D-吡喃型葡萄糖單體以-1,4-糖苷鍵連接的直鏈多糖，多個分子平行緊密排列成絲狀不溶性微小纖維。在工業上，纖維素經酸解或酶解預處理后，釋放出的葡萄糖可進入乙醇發酵途徑。木質纖維素發酵生產乙醇的工藝3. 3. 木糖發酵生產乙醇木糖發酵生產乙醇木糖木酮糖木酮糖-5-磷酸細菌木糖異構酶木酮糖激酶木糖醇酵母NADPHNADH木糖還原酶NADPNADNAD木糖醇脫氫酶NADH戊糖

9、磷酸途徑糖酵解途徑乙醇木質纖維素發酵生產乙醇的工藝4.4.發酵方式發酵方式發酵方法1 1）直接發酵法：）直接發酵法：基于纖維分解細菌直接發酵纖維素生產乙醇，不需要經過酸解或酶解前處理過程。特點是設備簡單，成本低廉；但乙醇產率不高，產生有機酸等副產物。2）間接發酵法：）間接發酵法：先用纖維素酶水解纖維素，酶解后的糖液作為發酵碳源。乙醇產物的形成受末端產物抑制和低細胞濃度以及基質抑制。為了克服乙醇產物的抑制，必須不斷的從發酵罐中移出。3）混合菌種發酵：）混合菌種發酵：采用氣升柱發酵木糖和溢流柱發酵葡萄糖的串聯發酵工藝。串聯發酵是首先經P.s酵母的限氧發酵后，再經S.c的厭氧過程而結束。4）同時糖化發酵法（）同時糖化發酵法（SSF法）：法）：在同一個反應罐中進行纖維素糖化和乙醇發酵的同步糖化發酵法。這樣水解產物葡萄糖由菌體的不斷發酵而被利用，消除了葡萄糖因基質濃度對纖維素酶的反饋抑制作用。6）固定化細胞發酵：）固定化細胞發酵：固定化細胞發酵具有能使發酵器內細胞濃度提高，細胞可連續使用，使最終發酵液乙醇濃度得以提高。5）非等溫同時糖化發酵（）非等溫同時糖化發酵（NSSF法）：法）：在纖維素酶糖化過程中，纖維素酶的最適溫度為50左右，而酵母發酵的控制溫度是31-38。利用NSSF法很好地解決了纖維素酶糖化與酵母發酵兩個