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生物醇和生物精炼介绍

一、生物醇

1．概况

生物醇主要是指生物乙醇，它以淀粉质（玉米、马铃薯、大麦、大米、高粱

等）、糖质（甘蔗、甜菜、糖蜜等）、纤维素（农作物秸秆、森林采伐和木材加工

剩余物、柴草、造纸厂和造糖厂含有纤维素的下脚料、生活垃圾的一部分等）为

原料，经过一系列物理、化学、生物化学过程转化为乙醇。其燃烧所释放的二氧

化碳量等于通过光合作用和酒精发酵所固化的二氧化碳量，因此生物乙醇是一种

高效清洁的可再生能源。

燃料乙醇至今已有30多年的发展历史，上世纪70年代，巴西利用甘蔗、美

国利用玉米分别制造出了燃料乙醇，目前全球有近3000万吨的燃料乙醇年产规

模（2010年预计达到5000万吨）。数据显示2001年国内酒精原料中玉米所占比

重为59%，到2005年上升为76%。

乙醇汽油的优点：（1）减排，实验结果表明使用乙醇汽油，在不进行发动机

改造的前提下，动力性能基本不变，尾气排放的CO和HC化合物平均减少30%；

（2）动力性能好，乙醇辛烷值高（RON为111）；（3）积碳减少。缺点：（1）蒸

发潜热大，乙醇的蒸发潜热是汽油的2倍多，蒸发潜热大会使乙醇类燃料低温启

动和低温运行性能恶化；（2）热值低，乙醇的热值只有汽油的61%，行驶同样里

程，所需燃料体积要大；（3）易产生气阻；（4）腐蚀金属，乙醇燃烧过程中会产

生乙酸对金属特别是铜有腐蚀作用。（5）与材料适应性差，乙醇对密封橡胶及其

它合成非金属材料有轻微腐蚀、溶胀、软化或龟裂作用；（6）易分层，乙醇易吸

水，乙醇汽油含水量超过标准后，容易发生液相分离。

目前燃料乙醇生产原料的进化过程经历了四代，第一代生物醇以玉米、红薯

等为原料，但利用玉米和红薯生产生物能源会引起“与人争粮、与粮争地”的问

题。以玉米、红薯为原料生产生物乙醇对于我们这样一个人口众多、粮食紧张的

大国来说显然不是长远之计。

第二代就是用非粮食的生物质做燃料生产乙醇，但是非粮食的植物或者说一

些粮食的废弃物，他们中间含的不是传统的粮食的果糖等，而是含的木糖，这个

木糖不容易被酵母菌发酵，所以效率比较低。而且在生产生物能源的过程中，也

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会产生大量的废弃物，和固体的废弃物。

第三代是用藻类，比如海藻或者淡水的藻类来生产生物燃料。是通过对藻类

进行养殖，等长成之后进行收获，收获之后要晒干，然后进行压榨，制造生物柴

油，或者是通过酵母菌发酵生产乙醇。这种方式的生产周期相对比较长，同时最

后也会产生一些废弃物，以及一些固体的废弃物。

第四代生物能源技术目前是一个创新。是通过对藻类进行改造，选取的是叫

蓝藻，让蓝藻通过光合作用吸收二氧化碳，直接生产乙醇以及副产品和氧气。

2.生物质生产燃料乙醇方法介绍

主要工艺过程包括秸秆预处理、发酵和脱水。木质纤维素成分比较复杂，但

主要由纤维素、半纤维素和木质素三部分组成。半纤维素作为分子黏合剂结合在

纤维素和木质素之间，木质素具有网状结构，包围并加固纤维素和半纤维素，起

到支撑骨架作用。

2.1预处理

分离纤维素、半纤维素和木质素，切断它们之间的氢键，破坏晶体结构，降

低聚合度。主要方法有物理方法、化学方法、生物方法。

2.1.1物理方法

（1）机械粉碎：利用球磨、振动磨等将进行粉碎处理，机械破碎后木质素

仍然保留，但木质素和纤维素/半纤维素的结合层被破坏，聚合度降低，纤维素

的结晶构造改变。粉碎后有利于提高反应性能和水解糖化率，同时有利于酶解过

程中纤维素酶或木质素酶的进攻。但是能耗大（占整个工艺能耗的50~60%），

某些材料也不适合粉碎处理。

（2）高能辐射：利用高能射线对纤维素原料进行预处理，降低纤维素聚合

度，同时使纤维素结构变松散。高能辐射可增加纤维素活性，可及度提高。但是

高能辐射成本太高。

（3）蒸汽爆破法：在高温高压蒸汽中，具有细胞结构的植物原料经过蒸煮，

产生一些酸性物质，使半纤维素降解成可溶性糖，同时复合胞间层的木质素软化

和部分降解，从而削弱了纤维间的黏结，为爆破过程提供选择性的机械分离；其

次蒸汽爆破瞬间完成的绝热膨胀过程对外做功，使物料从细胞间层解离成单个纤

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维细胞。蒸汽爆发法能有效地分离出活性纤维，并且不用或少用化学品，