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纤维素乙醇关键技术及进展 链接：/tech/98248.html 来源：中国新能源网 纤维素乙醇关键技术及进展 林鑫，武国庆 ［1.国家能源生物液体燃料研发（实验）中心，北京 100020；2.中粮营养健康研究院生物技术中心，北京 102209］ 近三四十年来，为保障能源安全、减少大气污染及发展农村经济，燃料乙醇异军突起，乙醇汽油应用规模逐步增加 ，使得传统酿酒工艺进入液体能源领域。伴随原料的转换，在化学工程和发酵工程等学科的交叉带动下，逐步孕育了 纤维素乙醇工程这一新的分支。 2012年完成的中试经济评价为纤维素乙醇产业化奠定了基础，在技术指标上虽与玉米乙醇有一定距离，但已初步具 备产业化条件。文章概述了纤维素乙醇工业化在原料、酶制剂成本、发酵效率、能耗和水耗、专用装备方面所面临的 主要挑战，在此基础上总结了纤维素乙醇预处理、酶解、发酵关键技术的研发进展及其在产业中的应用，讨论了研发 的热点和难点，并对产业化发展模式及今后的技术发展方向作了展望。 自20世纪70年代以来，为缓解石油短缺、解决“三农”问题、推进生态环保，燃料乙醇产业得以发展，使用量逐年 增加，2014年世界燃料乙醇产量已达到7400万吨，由传统的酿造领域跨入液体运输燃料领域。近十年来，在向非粮原 料转换的过程中，纤维素乙醇工程这一新兴学科分支逐步形成。 纤维素乙醇较第一代燃料乙醇在能量投入产出、温室气体减排方面有较大的优势，作为第二代燃料乙醇已在美国、 巴西、欧洲、中国等国家/地区建成上百套中试装置，2012年纤维素乙醇完成中试技术经济验证后，示范装置也已陆 续开始建设。截至2014年底，世界已有8套装置投入试运行，累计产能超过40万吨/年。表1列出了世界主要纤维素乙 醇示范装置，预计到2017年，全球至少有25个项目投产，纤维素乙醇年生产能力超过100万吨。 经过多年中试研发的努力，示范装置的技术水平已达到较高的程度，采用先进技术的纤维素乙醇酶解底物固含量已 达到25%，得到糖浓度达140g/L，发酵后乙醇浓度接近6%（质量分数）。然而，这与技术成熟、发酵乙醇浓度超过15 %（质量分数）的玉米乙醇相比，整体经济性还有待提升。 纤维素乙醇关键技术及进展 链接：/tech/98248.html 来源：中国新能源网 1纤维素乙醇工业化遇到的主要挑战 剖析纤维素乙醇的各个工艺过程，遇到的主要问题可以归纳为以下五个。 一是原料。包括所需原料的获取以及收储运的专用设备与设施。在我国，农民家庭是农业中最主要的生产经营主体 些地区道路情况复杂，原料受气候条件限制，可收集时间较短，收集条件较为苛刻；另外，国产机械设备相对落后， 技术及质量标准体系不完善，使这一问题格外突出。国家发展改革委、农业部、财政部在2011年11月发布的《“十二 五”农作物秸秆综合利用实施方案》中提出“秸秆收储运体系工程”的概念，要求探索建立有效的秸秆田间处理、收 集、储存及运输系统模式。因此，应加快建立以市场需求为引导，企业为龙头，专业合作经济组织为骨干，农户参与 ，政府推动，市场化运作，多种模式互为补充的秸秆收集储运管理体系。此外，若能在家庭经营基础上推进农业经营 体系的创新，推进耕地的适度规模经营，不仅可增加农民收入，也无形中增加了可获取农林废弃物资源量，降低收集 难度，取得双赢效果。 二是纤维素酶成本。酶成本（占总成本的20%～30%）是仅次于原料成本的另一项大支出。由于纤维素酶的比活力 明显低于淀粉酶，从而使纤维素乙醇的用酶量是淀粉乙醇用酶量的25～50倍。除了酶的自身生产成本外，酶制剂的精 制、运输等过程的成本约占总成本1/3以上。根据酶的不同活性，在高干物浓度条件下，纤维素酶加入量通常约占木 质纤维素原料总质量的5%～10%，而且酶解72h或者更长时间原料到糖的转化率才超过85%。同时与淀粉酶相比，纤 维素酶转化效率［g糖/（g酶·h）］低99%以上，成本高出约20～30倍。表2对比了淀粉乙醇和纤维素乙醇酶解指标。 三是发酵效率。目前先进的玉米乙醇技术，发酵60～70h醪液乙醇浓度可达到15%（质量分数），发酵效率达到2.4g 乙醇/（L·h）。而纤维素酶解液中混合糖浓度偏低（约14%），经预处理产生的乙酸等酵 母抑制物浓度较高（2～5g/L），同时，基