玉米秸秆制取燃料乙醇的研究进展.pdf

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1、第1期总第187期农业科技与装备No．1TotalNo．187兰Q!Q±!旦垒：g曼!坠!垒!翌!兰!i!望!竺垒!!!垒里竺!竺￡理璺望璺星g坚iP里兰里!』兰望：兰Q!—!!—一玉米秸秆制取燃料乙醇的研究进展冯丽敏(辽宁职业学院，辽宁铁岭112001)摘要：针对玉米秸秆的组分成分特点．探讨以玉米秸秆为原料制取燃料乙醇的机理，以及玉米秸秆预处理、水解、发酵工艺的最新研究进展，并对各种下艺进行比较．以便为玉米秸秆原料制取燃料乙醇关键技术研究和实现产业化提供技术支持。关健词：玉米桔秆；燃料乙醇；预处理；发酵中

2、图分类号：1s262．2文献标识码：A文章编号：1674一l161(2010)01-0029-03近年来．生物质能的研究已成为令人关注的研究课题。其中利用农业废弃物发酵生产燃料乙醇逐步成为研究热点。玉米秸秆作为一种重要的农业废弃物，受到了广泛的关注11-21。目前，我国玉米秸秆除了少部分被利用外，大部分以堆积、荒烧等方式直接倾入环境，造成极大的环境污染和资源浪费．且这种直接燃烧的方法热效率很低。只有10％左右。如果将它们转化成气体或液体燃料。如乙醇、氢气、柴油等，其热效率可达30％以上．而且可以缓解人类所面

3、临的资源危机、食物短缺、环境污染问题，从而为人类可持续发展提供保证f刈。1玉米秸秆组分玉米秸秆组分ISI成分见表l。表1玉米秸秆的化学组成Table1Chemicalcompositionsofcornstalk，％组成含量纤维索半纤维素木质素灰份醋酸盐可溶出物其他37．320．617．56．1’2．O13．O3．5玉米秸秆结构复杂，纤维素、半纤维素被木质素包裹，半纤维素部分共价和木质素结合。而纤维素具有高度有序的晶体结构。因此．必须经过预处理使纤维素、半纤维素、木质素分离开。切断它们的氢键，破坏晶体结构，

4、降低聚合度。利用酸解或酶解的方法可以将木质纤维素转化收稿日期：2009—12一ll作者简介：冯丽敏(1965一)，女，副教授，高级工程师，从事机械工程方面的教学与研究工作。为大量的五碳糖(木糖和阿拉伯糖)和六碳糖(葡萄糖、半乳糖和甘露糖)。木糖是木质纤维素水解物中含量仅次于葡萄糖的一种单糖，含量可达30％。分析表明，适宜的木糖发酵产率和乙醇浓度可以使整个生物转化工艺总成本降低25％t6J。由此可见，对已有菌株进行改造使其能高效利用木糖生产乙醇．是木质纤维素资源得以广泛利用的关键。普通酒精酵母无法利用五碳糖发

5、酵产生乙醇171．而产阮假丝酵母可以发酵五碳糖并产生乙醇。在产阮假丝酵母和酒精酵母的共同作用下．可同时将五碳糖和六碳糖发酵生成乙醇．其化学反应方程式【8l为：C6H1206—2C2H50H+2C022C5HI(】05—3C2H50H+4C022制备燃料乙醇的原理以木质纤维素为原料制备燃料乙醇的原理如图1所示。3水解工艺木质纤维素的水解方法主要有稀酸水解、浓酸水解、酶水解等。3．1稀酸水解工艺由于稀酸水解具有成本低、过程简单、水解率高、木聚糖转化成木糖的转化率高等特点，因而被广泛应用[91。木质纤维素在稀酸水

6、解过程中会产生大量的抑制因子，阻碍生物质转化为乙醇陋¨】。这些抑制同子包括呋喃衍生物、弱酸、酚类【121。其中糠醛、5一羟甲基糠醛是酵母生长和发酵的最主要抑制因子I‘31。可以减少酶的活性．打断DNA的复制，抑制蛋白和RNA的表达IⅫ．甚至杀死酵母菌。为了促进发酵，应先用传统方法(包括物理、化学、生物等处理方法)对水解液进行脱毒处理，但这些处理过程会提高发酵成本和增加发酵过程的复杂性。同时也会损失部分碳源。因此，寻找耐毒的高产酒精酵母菌，对燃料乙醇的工业化生产具有重要意义。农业科技与装备2010年1月3．2

7、浓酸水解工艺浓酸水解的原理是：在较低温度下，结晶纤维素完全溶解在硫酸中．并转化成含几个葡萄糖单元的低聚糖．再把此溶液加水稀释并加热，经过一定时间后就可把低聚糖水解为葡萄糖。浓酸水解的优点在于：一是糖的回收率高．可达90％以上；二是水解相对迅速。只需10—12h：三是极少降解。其缺点是对设备要求高．且酸必须回收。Arkenol公司采用离子排斥法分离出水解液中的酸和糖mI。3．3酶水解工艺酶水解是一种生化反应．加入水解器的是微生物产生的纤维素酶。酶水解的优点：1)在常温下进行，微生物的培养与维持仅需较少的原料，

8、过程能耗低；2)酶有很高的选择性，可生成单一产物，故糖的产率高(大于95％)：3)由于酶水解过程中基本不加化学药品．且仅生成很少的副产物．所以提纯过程简单，可以避免污染。酶水解的缺点是所需时间较长，一般需要几天．且相应的反应器体积很大，酶成本较高，水解原料须经预处理。采用酶水解工艺原料在糖化、发酵前必须进行预处理，一方面可以降低纤维素的结晶度．解除木质素障碍；另一方面能够降低纤维素的聚合度．增加原料的外表面积．进