Z12-2-2生物质能源-燃料乙醇.ppt

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1、走进生活的生物化学：生物质能源浅谈能源草背景随着经济的发展,人类对石油天然气等能源的需求越来越大。近年来国际石油价格直线上涨,促使发达国家加快了对替代能源的研究。石油进口量和进口依存度的迅速攀升给我国石油安全带来了日益严重的影响;我国的石油安全问题也引起了一些国家的顾虑。利用生物能源作物生产燃料是一个开创性的理念,国际上对此已进行了十几年的研究,并筛选出了一系列的优势作物,比如木本植物杂交白杨,柳树和枫树。但草本植物柳枝稷的优势尤为突出。生产乙醇燃料的原料原料:陈粮农、林业废弃物，各种含纤维素垃圾能源植物能源草Miscanthus（大禾草）Switchgrass（

2、柳枝稷）淀粉类甜高梁木薯效益:中国能源战略发展的需要解决环境污染，变废为宝增加农民收入，解决“三农”问题能源草指两年或多年生草本或半灌木，包括甜高粱、柳枝稷、芒属作物等高大草本都是理想的能源草。多为耐旱、耐盐碱、耐瘠薄、适应性强的草种，种植和管理简单，在干旱、半干旱地区、低洼易涝和盐碱地区、土壤贫瘠的山区和半山区均可种植。柳枝稷的生态多样性与开放授粉生殖方式相关联的遗传多样性;快速生长的深根体系;高效的生理代谢系统。(glucosepolymer)(xylose/arabinosepolymer)生物质的主要成分木质素纤维素半纤维素Feedstock原料Cellul

3、ose纤维素Hemi-cellulose半纤维素Lignin木质素Other其他AgriculturalWaste农业废弃物38321713ForestryWaste林业废弃物5023225MunicipalWaste含纤维素垃圾4591036EnergyCrop能源作物45301510生物质的主要成分(%)ProductioncapabilityforEthanolisabout5.81milliontoninChina.Fig:mediumandlargeenterprisespatialdistributionProvincesforEthanolproduc

4、tionbyuseofSorghumbicolorinChinaCelluloseFiberHemicelluloseLigninPectinOtherpolysaccharides生物质原料的结构纤维素呈结晶状拧合成纤维束半纤维素和其他多聚糖缠绕着纤维束木质素像胶水一样覆盖和凝合着各种物质水解酶或其他化学物质很难渗透到纤维素表面纤维束半纤维素木质素果胶质其他多聚糖秸杆或其他原料组分分离预处理酶制剂生物降解乙醇分离Costly高消耗过程ThePathfromCellulosetoEthanol从秸杆到乙醇燃料CrystallineRegionAmorphousReg

5、ionCelluloseLigninHemicellulosePretreatment预处理的作用预处理纤维素木质素无定形区结晶区半纤维素$/galEtOH稀酸热水气爆气渗石灰预处理的效果和费用处理效果依方法而异耗能(热水、气爆)，环境污染(稀酸)，周期长(石灰)成本高β-glucoside内切葡聚糖酶外切葡聚糖酶纤维二糖水解酶纤维二糖酶纤维素葡聚糖纤维二糖葡萄糖纤维素水解纤维素水解由纤维素酶系完成纤维素酶系含至少三种酶，内切葡聚糖酶，纤维二糖水解酶和纤维二糖酶此法成本很高，纤维素酶占总成本的36-45%效率常低产物反馈抑制受预处理影响燃料乙醇生产新构想基因工程酵母

6、木质素水解酶酵母半纤维素酶酵母纤维素酶酵母酒精发酵酵母燃料乙醇植物原料原料粉半纤维素纤维素有机酸纤维素单糖有机酸乙醇混合物单糖有机酸木质素水解酶酵母CHOOCH3OHHCHOOCH3OHHCHOOCH3OHH木质素过氧化物酶Ligninperioxidase锰过氧化物酶Manganeseperoxidase乙二醛氧化酶Glyoxaloxidase漆酶LaccaseCelluloseLigninHemi-cellulose纤维素木质素半纤维素Cellulose纤维素Hemicellulose半纤维素半纤维素酶酵母CHOOCH3OHHCHOOCH3OHHCHOOCH3O

7、HH内切木聚糖酶endoxylanase乙酰木聚糖酯酶Acetylxylanesterase木糖苷酶Xylosidase阿拉伯呋喃糖苷酶ArabinofuranosidaseCelluloseHemi-cellulose纤维素半纤维素Cellulose纤维素纤维素酶酵母CHOOCH3OHHCHOOCH3OHHCHOOCH3OHH外切葡聚糖酶Exoglucosidase内切葡聚糖酶Endoglucsidase纤维二糖水解酶Cellobiohydrolase纤维二糖酶CellobiaseCellulose纤维素CHOOCH3OHHCHOOCH3OHH五碳糖代谢酵母木