生物质制酒精

姓名： 陈婷 学院：化学化工学院 专业：化工专业 学号： 03 班级：化工0903班 指导老师：孔岩

一、题目

生物质制酒精

二、课题技术背景 1、 生物质酒精的概况

生物质酒精作为可再生能源不会枯竭，并且不会引起温室效应。微生物发酵糖可以生产酒精。目前在工业生产中用于发酵产酒精的微生物主要是酿酒酵母和运动发酵单胞菌。包括秸秆在内的含有糖类物质的生物质都可能作为酒精发酵的原料，大分子物质的利用需先经过酶的降解。生物酒精作为石油的替代物，其产业链还在继续延伸。 2、 生物质酒精发展以及研究意义

生物质酒精的应用可以带来巨大的经济、社会和环境效应，世界各国已经有了不同程度的研究和应用。随着世界生物技术和工程技术的不断发展，高产菌株的获取越来越简单，发酵工艺也得到不断改进，这些都为生物质酒精的大规模生产提供了技术保证。随着生物质酒精的研究领域和应用范围不断扩大，生物质酒精在可再生燃料市场中将占主要地位。

二、检索过程 1 、选择检索词

生物质 biomass 酒精alcohol 乙醇 ethanol

2 、检索数据库以及检索年代列表 所用数据库 百度搜索引擎 万方数据库 中国期刊全文数据库(CNKI) CA 访问方式 检索年代 文献类型 网页 全文 全文 期刊文献 三、检索式及检索结果 1、中文数据库 a、百度搜索引擎

检索式： 采用百度的高级检索，由于百度只有关键词这一字段，所以选择的检索式为：关键词=生物质生产乙醇，并且是包含以上全部关键词。 检索结果：

在“高级搜索”中检索，找到相关网页约1,000,000篇，选择其中1篇：

[1] 李东，袁振宏，王忠铭，廖翠萍，吴创之.中国科学院广州能源研究所，中国科学院研究生院.生物质合成气发酵生产乙醇技术的研究进展.[J]. 可再生能源，2006，（2）：1~12. cnki:ISSN:、万方数据库

检索式1：Title:\"生物质\" KeyWords:酒精 检索结果

命中19条，选择其中1条如下：

[1] 段钢，孙长平.杰能科国际生物工程有限公司,无锡. 酶在生物质转化为燃料酒精中的应用.[J]. 食品与发酵工业，2005，31（05）：73~77. CNKI:SUN:.2005-05-023

检索式2：:KeyWords:生物质 Abstract:酒精 检索结果：

命中50条，选择其中1条如下：

[1] 王倩，张伟，王颉，李长文. 河北农业大学食品科学院，河北农业大学食品科学院. 生物质生产酒精的研究进展.[J]. 酿酒科技，2003，（03）.

C、中国期刊全文数据库(CNKI)（该数据库均提供原文） 检索式1：

（篇名=（生物质）and关键词=（酒精or 乙醇）and篇名=（酒精or乙醇） 检索结果

命中60条，选择其中2条如下：

[1] 张宁，蒋剑春，程荷芳，曾凡洲. 中国林业科学研究院林产化学工业研究所国家林业局林产化学工程重点开放性实验室. 木质纤维生物质同步糖化发酵(SSF)生产乙醇的研究进展.[J]. 化工进展，2010，29（02）：238~242. CNKI:SUN:.2010-02-014

[2] 曾凡洲，蒋剑春，卫民，陈育如. 中国林业科学研究院林产化学工业研究所，生物质化学利用国家工程实验室，国家林业局林产化学工程重点开放性实验室，南京师范大学生命科学学院. 生物质水解发酵生产燃料乙醇的研究进展.[J]. 生物质化学工程，2009，43（02）. CNKI:SUN:.2009-02-014

检索式2：

（篇名=（生物质）and摘要=（酒精or 乙醇）and篇名=（酒精or乙醇） 检索结果

命中52条，选择其中2条如下：

[1] 张维特，时旭，欧杰，李柏林，杨建强，胡翔，房建孟，何培民. 上海海洋大学水产与生命学院，上海海洋大学食品学院，国家海洋局北海分局. 酸法水解绿潮藻生物质及发酵制乙醇的效果.[J]. 上海海洋大学学报，2011，（01）. CNKI:SUN: 施雪华,余敏,曲有鹏,李冬梅,冯玉杰. 上哈尔滨工业大学市政环境工程学院,哈尔滨工业大学生物工程研究中心. 利用木质纤维素类生物质生产燃料酒精.[J]. 酿酒，2008，（06）. CNKI:SUN:（2）外文数据库（CA） 检索结果：

[1] Nick Nagle，Kelly Ibsen，Edward Jennings. A process economic approach to develop a dilute-acid cellulose hydrolysis process to produce ethanol from biomass.[J]. Applied Biochemistry and Biotechnology ,1999:595～607．ISSN: 0273-22.

[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. Evaluation 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、综述

在世界石油资源加速枯竭、国内粮食阶段性过剩、环境污染日益严重的大背景下，十多年来，我国生物质液体燃料产业发展迅速。进入新的历史时期，国内粮食产销形势发生变化，生物质燃料企业发展面临着原料转型、技术进步、完善价格体系及深入研究等一系列问题。

开发利用生物质能等可再生环保能源对建立可持续发展的能源体系，改变能源生产和消费方式，促进全球经济发展和保护环境具有深远意义。随着全球经济的高速发展，对于优质燃料的需求日益增加，但是传统能源的利用方式已经难以满足现代经济发展的需求，而生物质能转换利用技术对于加快能源现代化进程，满足对优质能源的迫切需求，实施能源可持续发展战略都具有重要意义。

发展生物质液体燃料替代日益枯竭的石油资源是世界各国共同的责任，世界上很多能源需求国家，多年来都在各自的研究领域取得了一定成果，我国急需加强国际间的交流与合作，实现优势互补，共同开发，加快产业发展速度。

目前，发达国家已从传统方式利用生物质能过渡到用先进技术发展生物柴油、生物质燃料电池等，生物质液化燃料的发展已形成了一定的规模。然而，在确保粮食作物的前提下，全球有多少土地可以用来种植能源作物种植某种高产的能源作物是否会产生生物物种的单一性如何确保生物质能的可持续供应这些问题还有待于深入研究。

直到粮食危机来临前，人们更加关注的是原油价格和能源危机。遍布于世界的8亿辆汽车，每天需消耗的油料达到数千万桶。如果没有原油，这8亿辆汽车毫无疑问将成为8亿堆废铁。在高油价和能源供求矛盾日益突出的背景下，人们迫切希望找到可持续性替代能源的良方。生物燃料在这个背景下出现，确实能够迎合人类的诸多幻想，相比之下，石油埋藏于地下，不可再生；提取生物燃料的农作物，生长于地表，人工种植，源源不绝。一时间，生物燃料被视为填补石油短缺的“魔力工具”。但当全球最大的汽车燃料消耗国美国开始大规模应用生物燃料，将玉米和谷类用于制造生物燃料，而不再被用于食物时，稳定的全球粮食供应秩序开始失去平衡。

开发利用生物质能等可再生环保能源对建立可持续发展的能源体系，改变能源生产和消费方式，促进全球经济发展和保护环境具有深远意义。随着全球经济的高速发展，对于优质燃料的需求日益增加，但是传统能源的利用方式已经难以满足现代经济发展的需求，而生物质能转换利用技术对于加快能源现代化进程，满足对优质能源的迫切需求，实施能源可持续发展战略都具有重要意义。

德国的农业专家预测，如果德国所有的柴油汽车都使用菜籽油转化的生物柴油，则德国的油菜种植面积至少需要2/3的国土面积。英国伦敦帝国大学的伊勒密•伍德的结论是：如果英国仅把交通能源的5%%采用生物质燃料，那么种植油菜需要12%%的全国耕地面积；如果将全部交通能源采用生物质燃料，则英国的全部国土面积也远远达不到要求。可见，有许多原因使全面推广生物质能变得不太现实，因为人们不仅需要足够的地方居住，而且需要更多的地方种植赖以生存的粮食作物。

开发能源作物必须防止自然界物种多样性遭破坏。生物质二氧化碳的排放总的来说是能够达到平衡，即消耗能源作物生产液化燃料时释放二氧化碳，而种植能源作物时又吸收二氧化碳，因此对环境的友好特性远超过石油。但大面积种植单一的能源作物也可能导致严重的负面效应，如土地碱化、动物和昆虫的多样性受到破坏等。一些国家曾为了种植快速生长的速生林而大面积砍伐原始森林和当地特有的林木，结果造成当地的动物、昆虫等物种明显减少，严重的甚至影响到当地气候。因此，能源作物种类的选择需要充分考虑当地气候、环境、物种多样性等多种因素。欧洲农业专家还指出，随着现代生物技术的发展，一些转基因高产能源作物品种也有可能被大面积推广，各国在引入转基因能源作物过程中，也应该对其在生态环境方面的潜在影响进行科学的评估。

生物质燃料目前急需解决的问题是：技术上的不成熟和成本太高。只要不与民争粮、占用耕地、不破坏环境，其发展不会遭到异议。因此，我们对生物质燃料一定要有一个客观的认识，认真权衡其利弊。在规划发展生物质燃料时要有适当的步伐与节奏，将其生态风险因素考虑进去。为了追求生物质燃料的占有量而快速扩张是不可取的，我们不能在解决环境问题的同时又引来新的环境问题。其他国家已出现的问题或隐患是我们的前车之鉴。在规划发展生物能源时，一定要警惕其潜在的生态风险，不可盲目急进。

生物质燃料酒精的大规模开发应用取决于诸多技术的综合集成，但最关键的技术应包括以下几个方面，即：（1）实现木质纤维素有效性和经济性的预处理技术，使更多的生物质碳转变为燃料乙醇；（2）高效、价廉的酶转化半纤维素、纤维素为可发酵性糖；（3）能迅速、完全地转化木质纤维素中各种各样的五碳糖、六碳糖为乙醇的多功能微生物。这些技术的突破需要多学科的交叉、融合以及从基础研究、应用研究到产业化研究的联合攻关，此外还需要国家支持和资金投入，使木质纤维素燃料乙醇的生产技术更加成熟，生产成本能与汽油、天然气相当或更低。到那时，木质纤维素酒精不但可以作为燃料乙醇；同时可以作为工业化学品的前体，部分或完全取代石油、天然气等不可再生资源在全球大规模使用，实现人

类、资源、环境的可持续协调发展。

乙醇的生产方法可概况为两大类： 发酵法和化学合成法。 化学合成法是用石油裂解产出 乙烯气体来合成乙醇，有乙烯直接水合法，硫酸吸附法和乙炔法等，其中乙烯直接水合法应 用比较多。目前，乙醇生产主要是糖质作物（甜菜，甘蔗等）和淀粉质作物（玉米，土豆等） 的直接发酵，以及纤维质原料（玉米秆，稻草等）的水解－发酵这两种工艺。在人们探索生物质液体燃料生产技术过程中， 生物质合成气发酵生产乙醇无疑是一种新 方法，它是一种由生物质间接制备乙醇的方法，集成了热化学和生物发酵两种工艺过程。从使用的原料角度来看，化学合成法显然不适宜，石油是不可再生资源，它的利用违背了可持续发展和环保的原则，现在，发酵法生产的乙醇占全球总量的95%以上 ，其中绝大部分的燃料乙醇产业化生产都以粮食为生产原料，然而，占生物质资源70％以上的纤维素类原料也可以用于生产乙醇等液体燃料。

基本流程：1、生物质气化，气化过程需要在一定的温度下进行， 以免产生大量灰渣， 还应该在氧不足的条件下气化， 以免过分燃烧且合成气中含有O(影响后面的发酵过程)。 2、发酵过程整合后的合成气进入发酵设备后通过细菌的作用转化成乙醇。 生物反应器的类型，尺寸，培养基成分，菌种，合成气成分以及操作条件均会影响乙醇产率。3、分离提纯发酵过程结束后，通过膜分离系统将细菌回收再利用；实际上，含有乙醇的发酵液通过 三个不同的过程最终得到无水乙醇：首先通过蒸发系统得到浓度为7％的乙醇溶液，进一步 通过精馏系统达到乙醇的共沸浓度，最后通过分子筛脱水得到无水乙醇。

关键技术现状：1、气化方法的选择，为了提高该技术的经济竞争力， 应该选择较适合的气化炉并对其优化， 以得到尽可能多的CO和H2，减少C和H以CO2和H2O的方式流失。俄克拉荷马州立大学对柳枝稷和百慕大群岛草通过三种反应器操作方式进行气化：空气气化，高温裂解和蒸汽裂解气化。结果得出，采用蒸汽裂解气化对于提高乙醇产量更具有优势。2、发酵菌株，80年代末，美国阿肯色州立大学的Gaddy博士 和他的助手就开始了生物质合成气的发酵研究。他们从家禽的生活垃圾（鸡粪）中分离到能够利用合成气生成乙醇和乙酸的一株纯 培养物，并对其进行形态学和生物化学特性鉴定，证明它是一种新的厌氧梭菌，命名为 Clostridium ljungdahlii。3、发酵菌株的代谢途径以及关键酶，合成气发酵产乙醇的微生物代谢途径已经有报道厌氧细菌（例如Clostridium ljungdahlii和Clostridium autoethanogenum）利用CO，CO2，H2发酵产生乙醇和乙酸是通过产乙酸途径完成的，也就是厌氧乙酰－辅酶A（acetyl-CoA）途径。在发酵过程中，通常还伴有丁醇的生成。4、合

成气成分对发酵的影响，和其它的合成气反应过程相比，合成气发酵过程并不需要严格的H2和CO的比例，菌体虽然偏好CO，但是CO和H2/CO混合物几乎同时被转化。通过比较实验得出结果， 与“干净”的罐装气体（成分与合成气相似）相比， 合成气会抑制细胞生长但是不会促使细胞死亡；另外，乙醇产率有明显提高。合成气经过丙酮清洗和 m滤膜过滤后能够去除生长抑制剂，但是单独的净化过程均不能去除抑制剂。在任何情况下，与“干净”的罐装气体相比，H2的利用率都有所降低，这可能是合成气中的NO和乙炔影响了氢化酶的活性从而抑制了H2的利用，进一步的工作将是确定合成气中的哪些痕量物质抑制氢的利用。