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纤维类物质生产乙醇的研究进展

摘要：介绍了燃料乙醇的意义、国内外的发展现状和趋势，重点综述了燃料乙醇工艺中的预处理技术和发酵工艺技术，对预处理的各种方法的优缺点进行了归纳，分析了木质纤维素的资源组成成分及结构对其有效转化乙醇的影响及解决办法，最后对纤维素燃料乙醇工业进行了展望。

近年来，随着石油资源日趋严重不足，能源供应短缺、燃料安全和环境污染压力紧随而至，迫使人类愈加关注自然和社会的可持续性发展，发展新型的可再生原料和能源已成为全球的共识。从20世纪70年代中期开始，世界各国开始尝试利用生物技术对可再生资源进行燃料乙醇的生物转化，并以此作为石油能源的替代物[1]。纤维素原料是地球上分布广泛且数量巨大的可再生资源，每年仅陆生植物就可产生纤维素约500亿t。

纤维素资源还是最主要的生物质资源，它占地球生物总量的60%～80%。我国的纤维素原料也很丰富，仅农作物秸秆、皮壳一项，每年产量就达7亿多t。其中玉米秸(35%)、小麦秸(21%)和稻草(19%)是我国的3大秸秆资源，林业副产品、城市垃圾和工业废物数量也很可观[2]。纤维素燃料乙醇还是一种清洁能源，据悉，纤维乙醇燃料燃

烧时排放的温室气体比汽油少90%。因此，纤维类物质生物转化乙醇的工艺技术不仅意义重大，而且不久将会实现工业化[3]。

1燃料乙醇的意义、发展现状和趋势

1.1燃料乙醇的意义

乙醇已不单是一种优良燃料，它已经成为一种优良的燃油品质改善剂被广泛使用，作为一种新型的，可再生清洁能源而越来越受到世人的重视[4，5]。全世界积极推广使用燃料乙醇主要有以下三个重要意义：

一是可缓解石油紧缺矛盾。

二是非粮纤维物质代替粮食生产乙醇可有效解决世界粮食危机。目前粮食危机是世界三大问题之一。非粮纤维类物质既不与人争粮又来源丰富，品种多，再生时间短，是生产乙醇无可挑剔的可再生原材料。

三是有利于环境改善。燃料乙醇既是一种清洁能源，又是一种良好的汽油增氧剂和辛烷值调和组分，用以代替四乙基铅和甲基叔丁基醚(MT-BE)或乙基叔丁基醚(ETBE)，乙醇调入汽油对降低汽车尾气中的一氧化碳含量很有效，起到净化空气和保护环境的效果[6]。

1.2燃料乙醇的国内外发展现状

在燃料乙醇的生产研发方面，北美和巴西走在前列，而且在未来20年仍然保持着大规模燃料乙醇生产的竞争力[7]。

据美国石油学会统计，美国2000年燃料乙醇的产量为500万t，其中92%的燃料乙醇混合到汽油中。2006年7月7日，美国能源部公布了一份新的清洁燃料发展路线图，提出今后将在植物纤维原料水解生产乙醇替代汽油方面下大力气[8]。

美国能源部还制定计划，希望通过对酵母菌的基因工程改造，在2015年左右纤维素燃料乙醇成本由每升28美分降到18美分，使其能大规模应用[9]。

巴西是世界上最大的乙醇生产国和消费国，有着丰富的甘蔗资源，使其乙醇生产成本很低，生产能力达1200万t/a[10]。巴西不仅是乙醇生产的最大国，且生产工艺技术日渐成熟，是以燃料乙醇替代石油最成功的国家之一，现为世界上唯一不供应纯汽油的国家。巴西农业部长罗伯托·罗德里格斯宣布，到2013年，巴西计划将乙醇燃料的年产量扩大到350亿L，其中约100亿L将用于出口[8]。

日本是石油进口第二大国，由于国内粮食生产不足，故对以纤维素为主的生物质废物为原料生产燃料乙醇的技术十分重视。日本每年约产1000万t废木屑，不少企业利用自行开发的技术或引进它国技术开展了以废木屑为原料的燃料乙醇的工业转化试验，日本政府也积极促进纤维素制乙醇技术的研发[11]。

在其它一些发达国家如欧盟、加拿大，发展中国家如泰国等，都已将燃料乙醇作为重点发展项目。

我国在“十一五”规划中也制定了发展燃料乙醇的规划。规划的方案分三步：第一步在吉林、河南等省以过剩玉米为原料生产燃料乙醇，并作为含氧添加剂在汽油中掺入10%，这一目标已初步实现；第二步在有条件的省区利用当地优势资源如早灿稻、甘薯和甘蔗等生产燃料乙醇；第三步就是利用植物桔杆、稻壳等纤维素生产燃料乙醇，并全面推广。

2001年，国家计委等5部委颁布了《陈化粮处理若干规定》，建立了第一批燃料乙醇企业：安徽丰原生化、黑龙江华润酒精、河南天冠集团和吉林燃料乙醇公司。2002年，我国开始试点生物燃料乙醇的开发。2004年2月，经国务院同意，国家发改委等8部门联合颁布了《车用乙醇汽油扩大试点方案》和《车用乙醇汽油扩大试点工作实施细则》，把推广使用车用乙醇汽油作为国家一项战略性举措。目前，我国生物燃料乙醇生产技术已经成熟，黑龙江、吉林、辽宁、河南、安徽5省及湖北、河北、山东、江苏部分地区已基本实现车用乙醇汽油替代普通无铅汽油。2006年6月26日，河南天冠集团建成