第七章 生物能源技术精要.ppt

在美国使用的是E85乙醇汽油，即85%的乙醇和15%的汽油混合作为燃料，而美国是用甘蔗和玉米来生产乙醇的，这种E85汽油的价格与性能与常规汽油相似。 美国有300万辆车是既可以用汽油也可以用E85，而且通用汽车公司还在大量生产这种使用两类燃料的汽车。 现在，美国每年要消耗30亿加仑的乙醇添加到汽油中。如今E85已占乙醇燃料的85%，也正在受到公众的喜爱。然而，这似乎还不够。为了节能和环保，2005年6月28日美国参议院还通过了一项能源法案，要求到2012年，每年石油供应商应当添加80亿加仑的乙醇到汽油中。 未来发展 目前的工业化生产的燃料乙醇绝大多数是以粮食作物为原料的，从长远来看具有规模限制和不可持续性。以木质纤维素为原料的第二代生物燃料乙醇是决定未来大规模替代石油的关键。 美国能源部预计纤维素燃料乙醇可能在2012年左右即可取得重要突破。 欧洲的一些研究机构则认为大约在2015－2020年，此外还有一些研究机构认为则有可能在2025年之后纤维素燃料乙醇才能进入规模生产和市场应用阶段。 中国在纤维素酶生产技术、戊糖发酵菌株构建等方面还没有取得根本性突破。 目前各单位中试研究的每吨纤维素乙醇的原料消耗都在6吨以上，生产成本估算都在5000-6500元／吨乙醇以上，还不适合于工业化生产。 理性估算，中国的纤维素乙醇形成规模化生产至少还要3-4年以上研究。（河南天冠、安徽丰原等公司的纤维素燃料乙醇的研发和示范走在全国前列。） 应用 目前世界上已有40多个国家，不同程度应用乙醇汽车，有的已达到较大规模的推广，乙醇汽车的地位日益提升。 乙醇汽车的燃料应用方式： 1、掺烧，指乙醇和汽油掺合应用。在混合燃料中，乙醇和容积比例以“E”表示，如乙醇占10%，15%，则用E10，E15来表示，目前，掺烧占乙醇汽车占主要地位。 2、纯烧，即单烧乙醇，可用E100%表示，目前应用并不多，属于试行阶段； 3、变性燃料乙醇，指乙醇脱水后，再添加变性剂而生成的乙醇，这也是属于试验应用阶步；四、灵活燃料，指燃料既可用汽油，又可以使用乙醇或甲醇与汽油比例混合的燃料，还可以用氢气，并随时可以切换。如福特，丰田汽车均在试验灵活燃料汽车（FFV） 全球现在使用生物乙醇MTBE，通常以5-15%的混合量在不需要修改/替换现有汽车引擎的状况下加入；有些时候生物乙醇ETBE也以替代铅的方式加入汽油中，以提高辛烷值而得到较洁净的汽油；也可以完全替代汽油使用为输送燃料。 第三节 生物沼气概述 沼气，顾名思义就是沼泽里的气体。人们经常看到，在沼泽地、污水沟或粪池里，有气泡冒出来，如果我们划着火柴，可把它点燃，这就是自然界天然发生的沼气。 生物沼气:是各种有机物质，在隔绝空气（还原条件），并必适宜的温度、湿度下，经过微生物的发酵作用产生的一种可燃烧气体。 发酵原理 利用微生物代谢作用来生产各种产品的工艺过程称为发酵。 沼气发酵又称为厌氧消化、厌氧发酵和甲烷发酵，是指有机物质（如人畜家禽粪便、秸秆、杂草等）在一定的水分、温度和厌氧条件下，通过种类繁多、数量巨大、且功能不同的各类微生物的分解代谢，最终形成甲烷和二氧化碳等混合性气体（沼气）的复杂的生物化学过程。 沼气发酵是一个复杂的微生物学过程，只有有了大量的沼气微生物，并使各种类群的微生物得到最佳的生长条件，各种有机物原料才会在微生物的作用下转化为沼气。 发酵为生物种类 沼气发酵微生物是一个统称，包括发酵性细菌、产氢产乙酸菌、耗氢产乙酸菌、食氢产甲烷菌、食乙酸产甲烷菌五大类群。 前三类群细菌的活动可使有机物形成各种有机酸统称为不产甲烷菌；后二类群细菌的活动可使各种有机酸转化成甲烷统称为产甲烷菌。 微生物按照各自的营养需要，起着不同的物质转化作用。从复杂有机物的降解，到甲烷的形成，就是由它们分工合作和相互作用而完成的。 在沼气发酵过程中，五大类群细菌构成一条食物链。从各群细菌的生理代谢产物或它们的活动对发酵液pH值的影响来看，沼气发酵过程可分为水解、产酸和产甲烷阶段。 1.不产甲烷菌不产甲烷菌能将复杂的大分子有机物变成简单的小分子量的物质。 它们的种类繁多，根据作用基质来分，有纤维分解菌、半纤维分解菌、淀粉分解菌、蛋白质分解菌、脂肪分解菌和一些特殊的细菌，如产氢菌、产乙酸菌等。 2.产甲烷菌产甲烷菌是沼气发酵的主要成分--甲烷的产生者。是沼气发酵微生物的核心，它们严格厌氧，对氧和氧化剂非常敏感，最适宜的pH值范围为中性或微碱性。它们依靠二氧化碳和氢生长，并以废物的形式排出甲烷，是要求生长物质最简单的微生物。 发酵过程 生物和生命活动以新陈代谢为基础，沼气发酵微生物的生长和代谢过程可分适应期、对数生长期、平衡期、衰亡期四个时期。 1.适应期菌种刚刚接入新鲜培养液