玉米秸秆生产燃料乙醇的经济性解析

第26卷20lO年第6期6月农业工程学报TransactionsoftheCSAEV川．26No．6Jun．2010283玉米秸秆生产燃料乙醇的经济性分析宋安东1，任天宝2，张百良2※(1．河南农业大学生命科学院，郑州4500022．河南农业大学农业部可再生能源重点实验室，郑州450002)摘要：为了分析目前秸秆纤维乙醇的经济性，该文基于生产运行的300t／a玉米秸秆纤维乙醇示范厂作为案例，在对生产工艺的技术指标分析的基础上进行了生产成本估算研究，以及过程单元所占生产成本的比例。结果表明：玉米秸秆糖化率达到51．6％，乙醇质量浓度达到23g／L，乙醇产率达到18．1％，生产成本约为7385元／t，能耗为3．26X107kJ／t，水耗为12．8价；纤维素酶成本是影响秸秆乙醇成本的关键性因素之一。随着秸秆纤维乙醇关键技术研究不断深入和技术工程化研究循序完善，秸秆纤维乙醇生产成本将进一步降低，呈现广阔的发展潜力和应用前景。关键词：秸秆，乙醇，成本doi：10．3969／j．issn．1002—6819．2010．06．049中图分类号：$216．2文献标识码：A文章编号：1002—6819(2010)一06-0283-04宋安东，任天宝，张百良．玉米秸秆生产燃料乙醇的经济性分析[J]．农业工程学报，2010，26(6)：283--286．SongAndong，RenTianbao，ZhangBailiang．Economicanalysisforproductionoffuelethanol谢mtomstraw[J]．TransactionsoftheCSAE，2010，26(6)：283--286．(inChinesewithEnglishabstract)0引言伴随全球能源与环境问题的日益突出，低碳经济浪潮正在到来【1】。在此背景下，燃料乙醇被广泛视为替代和节约汽油的最佳燃料，已成为世界上生产规模最大的生物质能源12J。以资源丰富的木质纤维素为原料生产燃料乙醇被认为是21世纪发展循环经济的有效途径13】。目前，国内外纤维乙醇技术研究步入一个新的时期件钾。美国国家可再生能源实验室示范线采用稀酸预处理．酶解发酵工艺，采用细菌z．mobilis的基因工程菌，进行连续厌氧发酵，乙醇体积浓度达到5．7％【6J。西班牙Abengoa生物能源公司在Salamanca成立的首家生物质乙醇厂于2007年上半年开始生产，利用麦秸等农业残余废物，生产规模为500×104L／a的纤维燃料级乙醇产品【刀。加拿大Iogen公司2004年在渥太华建成40抛秸秆纤维乙醇示范生产装置。具有9．8×105L／a的生产能力IS]。Thomsen等在规模2．4t／d示范装置进行了小麦秸秆制取纤维乙醇的试验研究。采用稀酸预处理工艺，并添加0．5％H202，190℃条件下处理60min，纤维素与半纤维素的水解率分别达到71％和68％，乙醇产量达到223kg／t[9I。中科院过程所与山东泽生生物公司在2006年建立了3000t／a示范生产线，采用蒸汽热喷预处理，固态发酵工艺，全流程运转结果表明，纤维素转化达到70％，乙醇产率达到15％t10】。中国天冠集团和中粮集团等单位也在收稿日期：2009．10．13修订日期：2009．12．24基金项目：国家农业科技成果转化资金资助项目(No．2006GB2D000173)：国家自然科学基金资助项目(No．70741032)作者简介：宋安东(1972一)，男，河南省宜阳人，副教授。郑州河南农业大学生命科学学院，450002。Email：son91666@126．cona※通信作者：张百良(1941一)，男，河南汤阴人，博士生导师，主要从事生物可再生能源与环境工程的研究与管理工作。郑州河南农业大学农业部可再生能源重点实验室，450002。Email：hauzblo@126．COIn此领域进行一些试验【111。虽然一些关键技术上取得了重要进展，但距产业化发展目标还有一段距副12’131。本文在已有研究成果基础上，基于自主设计的300t／a玉米秸秆纤维乙醇示范工程线试验平台，初次系统地分析秸秆纤维乙醇技术指标和成本构成。试验采用稀酸预处理、酶解糖化发酵两段法工艺，在建立秸秆纤维乙醇技术指标体系基础上，分析了纤维乙醇的生产成本及过程单元所占成本比例，以及每吨乙醇生产所需能耗，为进一步促进中国未来纤维乙醇工业发展提供重要依据。1材料与方法1．1工程示范线简介玉米秸秆生产纤维燃料乙醇示范线是以河南农业大学农业部可再生能源莺点实验室为技术支撑，新乡中科燎原生物能源有限公司投资为主体，设计规模300t／a，位于河南省新乡市小店工业区锦绣工业园。该工程示范线于2007年7月建设，2008年3月正式投产试运行。1．2秸秆收集与成分玉米秸秆原料主要来源于示范厂附近的延津县和封丘县，由当地专门成立的秸秆收集站负责收集，有利于降低玉米秸秆原料大规模存储所带来潜在风险，运输收集半径约8km，秸秆自然风干后，含水率通常为120／'o_4：1％，玉米秸秆收购价格为220元／t。粉碎至40460目，粉碎与运输费用65～70元／t，然后运至秸秆乙醇示范厂的原料储存车间。经试验测定主要成分如表1所示。表1玉米秸秆主要成分(干基)Table1Maincomponentsofcornstraw成分质量分数胍成分质量分数，％纤维素37．2可溶出物15．9半纤维素25．3尘土1．2木质素18．0总计100灰分2．3万方数据284农业工程学报2010在1．3生产成本分析参考BarryDSolomn对纤维素原料生产燃料乙醇的方、法【14l，计算公式如下Cl=Ce+Cx七C￡+CE+CM+Co—PP式中：a——秸秆乙醇的成本，元／t；G——原料的预处理成本，元／t；Q——资金投入成本，元／t；C上——劳动力成本，元／t；Q——能量消耗成本，元／t；ck——原材料成本，元／t：Cb——其他相关费用，主要包括：维护费用、水、残余物处理费用等，元／t；砟——副产品的收益，元／t。1．4乙醇生产技术评价指标体系基于300t／a示范线生产运行过程，分别从技术指标、经济指标和环境指标3方面考察，构建秸秆纤维乙醇的评价体系，如表2所示，并在此基础上，着重研究玉米秸秆制取纤维乙醇生产过程中单位乙醇生产成本，以及各单元占乙醇生产成本的比例。表2玉米秸秆纤维乙醇生产技术评价体系Table2Productionevaluationsystemofcornstrawcellulosicethanol1．5生产线工艺技术路线本示范工程试验线主要采用稀酸预处理技术，混糖同步发酵工艺，工艺流程示意图如图1所示。2结果与分析图l秸秆纤维乙醇工程试验线工艺流程示意图Fig．1Processflowofcellulosicethanoldemonstrationplant2．1项目投入分析纤维燃料乙醇示范厂建设周期约为8个月，基于建设过程和生产过程的财务现金流，项目投资主要包括生产设备、厂房和相关费用3部分，资金时间价值不计，其费用构成如表3所示。表3秸秆纤维乙醇示范厂建设费用Table3Summarycostofprojectconstruction由表3可以看出，生产线的设备投资和厂房投资占较大的比例，分别占总投入的68．6％和24．3％，辅助设施的投资占7．1％，单位乙醇固定资产投入约0．87×10'元／t，与通常的乙醇发酵工业投入构成比例基本一致。2．2纤维乙醇技术经济指标分析在生产试验研究过程中，本部分以纤维乙醇生产技术工艺和经济作为分析的重点，即秸秆乙醇产率及其生产成本作为衡量纤维乙醇技术成熟度的重要指标，直接影响到未来纤维乙醇技术商业化发展步伐115]。基于生产示范厂的财务报表和生产过程，建立示范线3大指标体系，如表4所示。从表4可以看出，玉米秸秆稀酸预处理技术生产纤维燃料乙醇获得了相对较好的结果，乙醇质量浓度达到万方数据第6期宋安东等：玉米秸秆生产燃料乙醇的经济性分析28523g／L，乙醇产率达到18．1％，水耗12．8饥，相对较低，这是因为生产过程中，蒸汽冷却水和蒸馏塔冷却水，及乙醇蒸馏分离后的糟液经自然沉淀和调整处理后实现再循环利用。在生产过程中，单位乙醇能耗与淀粉质原料相比，前者是后者的约2．3倍，这种差异主要源于2个单元过程，分别为预处理阶段和蒸馏阶段。预处理过程中，由于秸秆本身的密度属性，液固比为5．8～7．0，而国内乙醇企业玉米粉液同比为3．5～3．7【16l，液同比越大，能耗也随着显著增加；其次是蒸馏过程中，发酵醪液的乙醇质量浓度为2．3--一2．5g／L，国内大型乙醇企业发酵醪液乙醇体积分数一般12％～14％【16】。因此，这两方面的差异显著增加单位纤维乙醇产品能耗。对于过程中产生的C02主要来源于煤炭消耗和发酵过程中菌体代谢，二者比值约为3，对于发酵过程的中C02这部分已经具有回收利用的技术，并用做制造生产聚合成全降解塑料【17J，这样可以降低约30％C02排放，同时将有助于降低纤维乙醇生产成本。表4玉米秸秆纤维乙醇生产关键指标结果Table4Resultsofkeyindicatorsforcornstrawcellulosicethanolproduction注：生产用煤热值为22185kJ／kg。2．3纤维乙醇生产成本分析在对秸秆纤维乙醇关键性指标分析的基础上，并进行了生产过程中纤维乙醇产品成本构成及各单元占成本百分比，以确定影响成本价格的关键性因素，如表5所不。表5秸秆纤维乙醇每吨产品成本估算1’able5Costestimateofcorllstrawcellulosicethanol元·t。从表5和图2可以看出，秸秆纤维乙醇成本估算中，纤维素酶占成本31．8％，秸秆原料收集与粉碎占20．9％，燃料及能耗占16％，与淀粉质原料相比，其生产原料投入相对较小，这与秸秆原料价格廉价性密切相关，所以成本构成与淀粉质原料生产乙醇差异非常明显。以玉米原料为例，原料成本通常约占成本80％，能耗约占10％。因此，试验结果的成本构成分析表明，目前影响秸秆乙醇生产成本的关键性因素为纤维素酶，一方面生物酶活相对较低，相对需要增加使用量；另一个方面，酶解糖化体系效果与秸秆预处理技术密切相关。随着纤维素乙醇技术发展，及工艺技术不断优化，农作物秸秆纤维乙醇生产成本将有显著的下降空间。玉米秸秆原料粉碎预处理糖化和发酵誉纤维素酶霎=lⅢ系田纂蒸馏镁糠啊废水处理副产品[=成品运输储存其他5．0％48％3．6％(净)l92％lO2030比例似图2300t／a玉米秸秆纤维燃料乙醇成本构成分布Fig．2Costsdistributionof300t／aofcellulosicethanolproduction3结论本研究选择正在生产运行的300t／a玉米秸秆纤维乙醇示范线作为研究平台，着重分析关键技术指标和乙醇生产成本，结果表明：1)在纤维乙醇生产示范线上，纤维乙醇的糖化率达到了51．6％，乙醇质量浓度达到23g／L，乙醇产率达到18．1％。2)基于试验运行过程分析，获得了当前技术条件下的纤维乙醇生产成本和关键性参数，即生产成本为7385元／t，能耗为3．26×107kJ／t，水耗12．8仉。综上所述，尽管纤维乙醇生产技术尚不完全成熟，正处于过渡转化阶段。一方面纤维素酶的成本较高；另一方面单位产品的耗能远大于玉米燃料乙醇耗能。因此，二者是影响或制约其产业化发展的瓶颈，但纤维乙醇生产示范研究是未来产业化过程中一种必不少的探索，也是实现其技术工程化的重要基础和平台。随着关键技术不断突破与完善，纤维乙醇生产成本有显著的下降空间为未来的发展提供了重要的实践平台和技术支撑，并将进一步推动纤维乙醇技术商业化发展。目前，中国正处于能源产业结构转型和升级阶段，积极发展替代可再生能源，将有利于中国实现循环经济可持续化发展战略的目标。志谢：本研究得到国家科技成果转化基金和国家自然科学基金的支持；同时感谢新乡中科燎原生物有限公司和新乡裕华农牧科技发展有限公司对秸秆纤维乙醇工程示范线运行和试验研究给予的支持。[参考文献]【l】张愉，陈徐梅，张跃军．低碳经济是实现科学发展观的必兰懒万方数据286农业工程学报2010焦由之路[J]．中国能源，2008，(7)：21--23．ZhangYkChenXumei，ZhangVuejun．Low-carbonecono．myisanessentialpathtorealizetheconeeDtofscientificdevelopment[J]．EnergyofChina,2008，(7)：21--23．(inChinese、vithEnglishabstract)[2】宋安东．生物质(秸秆)纤维燃料乙醇生产工艺试验研究[D】．郑州：河南农业大学，2003：5—8．SongAndong．ExperimentalStudiesonFuelEthnolProductionTechnologyFromBiomass(S仃aw)Cellulose[D]．Zhengzhou：HenanA鲥culturalUniversity,2003：5—8．(inChinesewithEnglishabstract)f3】吴创之，马隆龙．生物质能现代化利用技术[M】．北京：化学工业出版社，2003：5—6．[4】BalatM，BalatH．Recenttrendsinglobalproductionandutilizationofbio-ethanolfuel[J]．AppliedEnergy,2009，86：2273--2282．【5】SladeRBauenA，ShahN．Thecommercialperformanceofcellulosicethanolsupply-chainsinEurope[J]．BiotechnolBiofuels，2009，2(1)：1--3．[6】6YahLin，ShuzoTanaka．Ethanolfermentationfrombio．massresources：currentstateandprospects[J]．ApplMicrobiolBiotechnol，2006，69(6)：627--642．【7】曲音波．纤维素乙醇产业化[J】．化学进展，2007，19(7／8)：1098一1101．QuYinbo．Industrializationofcellulosicethanol[J]．ProgressinChemistry,2007，19(7／8)：1098—1101．(inChinesewithEnglishabstract)【8】孙智谋，蒋磊，张俊波，等．世界各国木质纤维原料生物转化燃料乙醇的工业化进程[J】．酿酒科技，2007，(1)：91--95．SunZhimou，JiangLei，ZhangJunbao．IndustrializationcourseofbioconversionoffuelalcoholbycellulosicITIa-terialsaroundtheworld[J]．Liquor-MakingScience&Technology,2007，(1)：91—95．(inChinesewithEnglishabstract)[9】ThomsenMH，ThygesenA，JqrgensenH．Preliminaryresultsonoptimizationofpilotscalepretreatmentofwheatstrawusedincoproductionofbioethanolandelectricity[J]．AppliedBiochemistryandBiotechnology,2006，130(1／2／3)：448—460．[10】陈洪章，邱卫华．秸秆发酵燃料乙醇关键问题及其进展[J]．化学进展，2007，19(7)：ll16--1120．ChenHongzhang，QiuWeihua．Thecrucialproblemsandrecentadvanceonproducingfuelalcoholbyfermentationofstraw[J]．ProgressinChemistry,2007，19(7)：1116--l120．(inChinesewithEnglishabstract)[11】LiS，Catherine，Chan—Halbrendt．Ethanolproductionin(the)People’sRepublicofChina：Potentialandtechnologies[J]．AppliedEnergy,2009，86(Supp1)：S162一S169．[12】刘宏斌．燃料乙醇非粮化：中国发展纤维乙醇的挑战与对策叨．生物加工过程，2008，1(6)：7一10．LiuHongbin．Developingofcellulosicethanolproductionfromnonfood—basedbiomassinChina：Challengesandstrategies[J]．ChineseJournalofBioprocessEngineering，2008，l(6)：7—10．(inChinesewithEnglishabstract)【13】KokTatTan，KeatTeongLee．Roleofenergypolicyinrenewableenergyaccomplishment：Thecaseofsecond—generationbioethanol[J]．EneryPolicy,2008，36(9)：3360--3365．【14】BarryDSolomon，JustinRBarnes，KathleenEHal．vorsen．Grainandcellulosicethanol：History,economics，andenergypolicy[J]．BiomassandBioenergy,2007，31(6)：416—425．[15】LinLuo，VanderVoetEster,HuppesGjalt．Anenergyanalysisofethanolfromcellulosicfeedstock-comstover[J]．Re-newableSustainableEnergyReviews，2009，13(8)：2003--2011．[16】吴国峰，赵辉，李盛贤．酒精浓醪发酵的计算与分析[J】．酿酒，2003，30(4)：70—73．WuGuofeng，ZhaoHui，LiShengxian．Thecalculationandanalysisofhighgravityalcoholfermentation[J]．Liquor-MakingScienceandTechnology,2003，30(4)：70—73．(inChinesewithEnglishabstract)[17】孟跃中，乔俊娟，杜风光，等．可降解-氧化碳塑料基复合材料及其制备方法[P】．中国，CNl00999602，2007，7，18．Econe"analysisforproductiqoffuelethano—withcornconomicanalysisIororoductionoffuelethanolwithcornstrawSongAndon91，PenTianba02，ZhangBailian92※(1．CollegeofLifeScience，HenanAgriculturalUniversity，Zhengzhou450002，China；2．KeyLaboratoryofRenewableEnergyofMinistryofAgriculture，HenanAgriculturalUniversity,Zhengzhou450002，China)Abstract：Inordertoanalyzethecurrentecorlomicsofcellulosicethan01fromcornstraw,thisstudywasbasedonthecaseofcornstrawcellulosicethaD01demonstrationplantwithscaleof300t／a．Ananalysisontechnicalparametersofprocessesandtheproductioncostwasperformed．Theresultsshowedthatcornstrawsaccharificationrate．ethanolconcentrationandethanolproductionratewere51．6％，23g／Land18．1％，respectively．Inaddition,theresultsofeconomicindicatorsindicatedthatcostofproduction，energyconsumption，waterconsumptionwereapproximately7385￥／t，3．26x107kJ／tand12．8t／t。respectively；thecellulasecostisoneofthekeyfactorsonthecostofcellulosicethanolproduction．Withthedevelopmentofkeyteehnologyofcellulosicethanolanditstechnicalengineering，thecostofcornstrawcellulosicethanolwillfurtherreduce．andexhibitenormouspotentialandapplicationprospects．Keywords：straw，ethanol，costs万方数据玉米秸秆生产燃料乙醇的经济性分析作者：宋安东，任天宝，张百良，SongAndong，RenTianbao，ZhangBailiang作者单位：宋安东,SongAndong(河南农业大学生命科学院,郑州,450002)，任天宝,张百良,RenTianbao,ZhangBailiang(河南农业大学农业部可再生能源重点实验室,郑州,450002)刊名：农业工程学报英文刊名：TRANSACTIONSOFTHECHINESESOCIETYOFAGRICULTURALENGINEERING年，卷(期)：2010，26(6)被引用次数：0次参考文献(17条)1.张愉.陈徐梅.张跃军低碳经济是实现科学发展观的必由之路2008(7)2.宋安东生物质(秸秆)纤维燃料乙醇生产工艺试验研究20033.吴创之.马隆龙生物质能现代化利用技术20034.BalatM.BalatHRecenttrendsinglobalproductionandutilizationofbio-ethanolfuel20095.SladeR.BauenA.ShahNThecommercialperformanceofcellulosicethanolsupply-chainsinEurope2009(1)6.YanLin.ShuzoTanakaEthanolfermentationfrombio-massresources:currentstateandprospects2006(6)7.曲音波纤维素乙醇产业化2007(7/8)8.孙智谋.蒋磊.张俊波.刘丽萍世界各国木质纤维原料生物转化燃料乙醇的工业化进程2007(1)9.ThomsenMH.ThygesenA.JqrgensenHPreliminaryresultsonoptimizationofpilotscalepretreatmentofwheatstrawusedincoproductionofbioethanolandelectricity2006(1/2/3)10.陈洪章.邱卫华秸秆发酵燃料乙醇关键问题及其进展2007(7)11.LiS.Catherine.Chan-HalbrendtEthanolproductionin(the)People'sRepublicofChina:Potentialandtechnologies2009(z1)12.刘宏斌燃料乙醇非粮化:中国发展纤维乙醇的挑战与对策2008(6)13.KokTatTan.KeatTeongLeeRoleofenergypolicyinrenewableenergyaccomplishment:Thecaseofsecond-generationbioethanol2008(9)14.BarryDSolomon.JustinRBarnes.KathleenEHal-vorsenGrainandcellulosicethanol:History,economics,andenergypolicy2007(6)15.LinLuo.VanderVoetEster.HuppesGjaltAnenergyanalysisofethanolfromcellulosicfeedstock-cornstover2009(8)16.吴国峰.赵辉.李盛贤.贾树彪.岳国君.陈世忠酒精浓醪发酵的计算与分析2003(4)17.孟跃中.乔俊娟.杜风光可降解二氧化碳塑料基复合材料及其制备方法2007相似文献(10条)1.期刊论文杜风光.冯文生.DUFeng-guang.FENGWen-sheng秸秆生产乙醇示范工程进展-现代化工2009,29(1)在简述发展秸秆乙醇必要性的基础上,概述了秸秆乙醇生产技术中的3个环节:秸秆原料预处理技术、秸秆纤维素水解技术、五碳糖与六碳糖发酵技术.深入分析了国内外秸秆乙醇的产业化现状,最后对发展秸秆乙醇项目提出了建议.2.学位论文王莲水稻秸秆同步糖化发酵法制备乙醇的工艺研究2009乙醇是重要再生能源，目前多以玉米等为原料生产乙醇。但随着世界人口的不断增长，粮食匮乏问题日益严重，我国已经开始逐步限制粮食乙醇的生产。我国秸秆资源十分丰富，大部分没有得到开发和利用，由于目前秸秆转化技术尚不成熟，无法开展秸秆乙醇的工业化生产。本文以水稻秸秆为原料，针对目前秸秆预处理效果不佳且对设备要求高、纤维素酶酶活低及发酵过程复杂耗时长等问题，采用微波技术进行预处理，利用本实验室保存的高产纤维素酶的黑曲霉菌株培养产纤维素酶，运用同步糖化发酵技术生产乙醇，为利用水稻秸秆制备乙醇提供参考数据。主要研究内容和结果如下：<br>　　1.水稻秸秆预处理工艺的研究。比较了秸秆的碱法和微波碱联合预处理的工艺。只用碱处理秸秆时，适宜的碱浓度为8％，得到的还原糖含量为11.53mg/mL。在此基础上，利用微波碱联合预处理，确定是适宜的微波剂量为4.8w/g，微波碱联合处理的糖化效率比碱处理的糖化效率提高了27.02％。<br>　　2.高产纤维素酶黑曲霉菌株的筛选及培养条件的研究。从实验室保存的四株黑曲霉菌株中筛选出酶活高的黑曲霉M34。确定了黑曲霉M34基于最高酶活的产酶条件，温度30℃、pH5.5、摇床转速200r/min的条件下培养6天，得到的初酶液的酶活为44.34U/mg。<br>　　3.水稻秸秆同步糖化发酵制备乙醇的工艺研究。确定了水稻秸秆的同步糖化发酵工艺，在温度为40℃，pH为4、纤维素酶的添加量为25U/g时，加入8％的酵母进行同步糖化发酵，此条件下发酵得到的乙醇转化率为69.22％，乙醇得率为15.58％。3.期刊论文马晓轩.范代娣.马沛.米钰.骆艳娥.朱晨辉.惠俊峰.薛文娇.MAXiao-xuan.FANDai-di.MAPei.MIYu.LUOYan-e.ZHUChen-hui.HUIJun-feng.XUEWen-Jiao秸秆微生物降解及发酵生产乙醇的研究-西北大学学报（自然科学版）2009,39(1)目的研究提高微生物降解秸秆的产糖率及利用秸秆降解物发酵生产乙醇的产率.方法利用单一微生物纯培养和多种微生物混合培养降解秸秆产生可发酵糖,并对秸秆降解物采用非等温同时糖化发酵法(nonisothermalsimultaneoussaccharificationandfermentation,NSSF)和同步糖化发酵法(simultaneoussaccharificationandfermentation,SSF)进行发酵生产乙醇.结果采用黑由霉和康宁木霉混合培养降解秸秆时的纤维素酶活力显著高于其他5种降解形式,CMC糖化力(CM-CA)可达到3676U,滤纸糖化力(FPA)可达到680U;采用NSSF法发酵的乙醇产率显著高于采用SSF法发酵的乙醇产率,其最高可达到0.14g/gDS.结论采用黑曲霉和康宁木霉混合培养降解秸秆,并采用NSSF法进行发酵生产乙醇,与直接用酶降解秸秆发酵生产乙醇的产率相当,但是成本低于采用商品化的酶.4.学位论文邓辉基于棉花秸秆的微生物合成乙醇研究2007以棉花秸秆为原料，研究了原料预处理的方法，筛选了乙醇发酵菌株，并系统研究了秸秆水解液发酵转化乙醇的工艺，研究结果如下：1、考察了碱处理对棉秆酶解糖化的影响，结果表明：碱预处理主要是通过对棉秆中的半纤维素、木质素作用来破坏棉花秸秆的纤维质结构；2％NaOH，固液比1：20，120℃，处理棉秆75min，棉秆中的木质素、半纤维素分别降低49.83％，55.75％；利用碱/微波(700W)预处理棉秆15min，棉秆中的木质素、半纤维素分别降低51.76％，56.76％，提高微波功率对于处理后的棉杆中纤维素、高聚糖(纤维素+木质素)收率无明显影响，但功率越高、所需时间越短；温度45℃，pH4.6，复合纤维素酶用量4μL/g为较好的酶解糖化条件；碱预处理棉花秸秆酶水解96h，水解率为20.01％，碱/微波预处理棉花秸秆酶水解48h，水解率为20.05％。2、考察了酸处理对棉秆糖化的影响，结果表明：酸主要是通过对棉秆中的半纤维素及少量纤维素水解来破坏棉花秸秆的纤维质结构；2.5％H<,2>SO<,4>4，固液比1：12，110℃，处理棉秆4h，其水解率达29.61％；酸/微波(300W)预处理棉秆45min，棉秆水解率为14.32％，提高微波的作用功率可以缩短预处理时间，但是却会减弱半纤维素水解的程度，其酶水解率(72h)为酸预处理棉秆的49.1％。3、考察了酸预处理、碱预处理、碱/微波预处理后的棉花秸秆的酶水解动力学，结果表明五种预处理后的棉秆酶水解都受产物还原糖的竞争抑制，都可以用下面的动力学模型对酶水解过程进行较好描述：4、从石河子周边筛选得到31株可利用木糖合成乙醇的菌株。采用紫外诱变筛选得到乙醇发酵菌株Y68，其对木糖的发酵能力较发酵菌株提高3.70倍。对Y68基本生长及发酵特性进行了研究，并将其应用于不同预处理后棉秆糖化液的发酵。实验结果表明：实验范围内Y68的最适生长温度范围为35℃-38℃，最适生长pH值为5.5，最大乙醇耐受力为14％。混合糖发酵过程中：接种量5％，发酵温度35℃-38℃，pH5.5，摇床转速80r/min为较佳条件。酸预处理较碱预处理而言，需较长的发酵时间。不同棉秆水解液中可发酵糖乙醇转化率均高于56.81％。5.期刊论文赵静玫.刘波.王海岩.徐俰俐.孙艳.李雪驼微生物发酵膨化秸秆生产乙醇的气相色谱法分析-化学分析计量2003,12(2)利用微生物发酵膨化秸秆生产乙醇,采用气相色谱法测定发酵秸秆在不同条件下生产乙醇的含量,确定发酵秸秆生产乙醇的最佳条件.乙醇溶液的浓度(X)在0～200mg/L范围内与对应的气相色谱峰面积(Y)呈线性关系,线性方程为Y=4.217×106X-54935,线性相关系数r=0.9904.测定乙醇含量的相对标准偏差(n=6)为1.06%,回收率为87.11%～96.64%.6.期刊论文李文亮.边鸣镝.王海波.LIWen-liang.BIANMing-di.WANGHai-bo甜高粱秸秆发酵生产乙醇的研究-江西农业学报2010,22(3)实验结果表明:用2.0%NaOH+2.0%HCl预处理的甜高粱秸秆粉纤维素含量可以达到52.56%,显著高于未经处理的甜高粱秸秆粉;甜高粱秸秆粉经2.0%HCl+2.0%NaOH预处理后,糖化效果优于其它处理;当糖化温度为50℃时,甜高粱秸秆粉的糖化率最高;反应体系的pH为5.0时,糖化率最高;糖化时酶加量以15IU/g为宜;3种突变菌株比较而言,lwl79发酵产乙醇比较高,乙醇终浓度为15.48g/L.7.学位论文赵金生稻草水解液发酵制取乙醇以及与其相关的细胞生物电化学研究2005本研究以稻草秸秆为原料，通过化学与生物转化相结合的途径对稻草秸秆的各个组分进行了有效分离，并最终通过发酵技术将稻草秸秆中的碳水化合物转化为乙醇。同时，对稻草水解液发酵制取乙醇过程所存在的问题进行了分析，并选用探针电化学技术研究了糠醛、乙酸以及乙醇等发酵抑制剂对酵母的抑制作用，为构建合适的酵母以及选择理想的发酵工艺提供了一定的理论基础。在稀酸水解前处理方法的基础上，提出根据稻草秸秆的每个组分的化学性质的不同，分步、分别处理，分别加以利用的设想。首先通过稀酸催化水解反应分离稻草秸秆中的半纤维素组分，使其以木糖为主的还原性单糖的形式溶解于稀酸分离液中。稻草秸秆的第二步处理过程是脱木质素反应，所选用的方法为木质素的磺甲基化反应，木质素以水溶性的木质素磺酸盐的形式被分离出来。经过稀酸催化水解反应与木质素的磺甲基化反应后，所剩余的部分基本上就是比较纯净的纤维素部分，其酶解率高达93％。选用三株酵母分别考察了它们发酵纯木糖溶液以及稻草水解液的性能。研究发现，与传统的酿酒酵母(S.cerevisiae)相比，木糖发酵酵母有乙醇产率低、对发酵抑制剂的敏感性高以及乙醇耐受能力差等缺点，以上因素限制了稻草水解液发酵制乙醇工艺实现工业化生产。最后首次采用双探针电化学方法研究了酿酒酵母与木糖发酵酵母在一些生理特征上的不同，并在此基础上研究了糠醛、乙酸以及乙醇等发酵抑制剂对酵母的抑制作用，得出如下结论：①三株酵母耐受以上三种发酵抑制剂的顺序一致为S.cerevisiae＞P.tannophilus＞P.stipitis，②应对糠醛的毒理作用，酿酒酵母S.cerevisiae与两株木糖发酵酵母有不同的反应，③双探针电化学方法验证了解释乙酸对酵母抑制作用的解偶联理论，④探针电化学方法是评价酵母乙醇耐受性的合理方法，所得结果与建立在发酵基础上的评价方法类似，并推测高浓度的乙醇可能会导致细胞壁的破裂。8.会议论文宋安东.王风芹.谢慧.张百良木质素降解酶降解秸秆木质素及其对乙醇发酵影响的试验研究2007本文研究了白腐真菌对玉米秸秆木质素进行生物降解及其对乙醇发酵的影响。结果表明，粗过氧化物酶和粗漆酶降解秸秆木质素的最适条件分别为45℃、pH4.5、1mL酶液/g秸秆、72h和45℃、pH4.0、1mL酶液/g秸秆、60h；而混合酶对秸秆小质素的降解率明显高于单一酶，达到27.72％。对经过不同预处理的秸秆用扫描式电子显微镜和傅立叶红外光谱分析发现，秸秆木质素结构发生了改变。将秸秆进行双酶糖化时表现出木质素含量的高低与双酶糖化的效果呈负相关关系。本文为早日实现纤维燃料乙醇生产的低成本和无污染化奠定技术基础。9.学位论文陆一风以汽爆玉米秸秆为原料生产生物乙醇研究2008本文主要对以汽爆玉米秸秆为原料生产乙醇的酶解和发酵过程进行了研究,并着重考察了高汽爆秸秆浓度下的酶解和发酵过程。摇瓶实验结果表明,酶解的最优条件为温度50℃,pH值4.8～5.2,加酶量20FPU/g干秸秆。应用酿酒酵母进行发酵的最优条件为温度30～32℃,装液比0.7～0.8。分批补料工艺是提高乙醇浓度的有效方法,在30％(w/w)水洗汽爆秸秆固含物浓度下酶解72h后,酶解液中葡萄糖浓度达124.4g/l,而最终发酵乙醇浓度为57.5g/l,纤维素转化率和糖醇转化率分别达到87.3％和90.4％,秸秆-乙醇得率为0.192g乙醇/g秸秆。在实验过程中发现乙酸是对发酵过程产生抑制的最主要的物质。当其浓度达2.3g/l以上即对发酵过程产生影响,达3.8g/l时则会完全抑制发酵。而对汽爆玉米秸秆进行水洗可以使秸秆中有害副产物浓度降低三分之二,保证了高浓度固含物酶解液发酵过程的顺利进行。50L和100L反应器实验表明,混合是高固含物浓度汽爆秸秆酶解和发酵过程中最关键的问题。在100L反应器中改进搅拌效率后,当固含物浓度为28％时葡萄糖和乙醇的浓度分别为120.7g/l和56.9g/l,纤维素转化率和糖醇转化率分别达到90.7％和92.3％,秸秆-乙醇得率为0.203g乙醇/g秸秆。进一步将固含物浓度提高至35％(w/w),则葡萄糖和乙醇的浓度可分别达到145.0g/l和67.8g/l,纤维素转化率和乙醇得率分别为87.2％和91.5％,汽爆秸秆-乙醇得率为0.194g乙醇/g秸秆。但酶解周期明显延长,生产率下降。10.期刊论文杨勇.杨红霞.李静.潘彩文.魏世强.YANGYong.YANGHong-xia.LIJing.PANCai-wen.WEIShi-qiang超声波强化秸秆乙醇化原料碱预处理效果研究-西南大学学报（自然科学版）2007,29(7)以农业废弃物秸秆资源的综合利用为目的,对玉米秸秆乙醇化的超声波与碱联合预处理的工艺条件进行了研究.结果显示,NaOH浓度、基质浓度和粒径为主要影响因子.最佳条件为:NaOH0.5%、基质浓度45g/L、粒径0.50mm.超声波有利于强化秸秆预处理,还原糖得率明显高于碱单独预处理时的得率.从试验效果考虑,采用NaOH浓度0.5%,超声波功率为480W,处理时间为30min时,可达到最佳的处理效果.本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_nygcxb201006049.aspx授权使用：中国石油大学(北京)(bjsydx)，授权号：c262c1d9-90b3-453a-a377-9e1b0103b205下载时间：2010年10月26日