纖維乙醇

纖維乙醇，是用秸稈、農作物殼皮莖稈、樹葉、落葉、林業邊角余料和城鄉有機垃圾等纖維為原料生產的燃料乙醇，可加入汽油中的品質改善劑、增氧劑，可作為一種優良的燃油品質改善劑被廣泛使用。乙醇以一定的比例添加到汽油中形成車用乙醇汽油，在使用過程中，可顯著降低汽車尾氣中的一氧化碳、碳氫化合物排放量，是目前改善大氣環境的有效途徑之一；並可實現CO2的自身平衡，不增加溫室氣體排放，實現人與自然的和諧發展，改善人類的生存環境質量。

基本介紹

• 中文名：纖維乙醇
• 英文名稱：：Cellulosic bioethanol
• 定義：：由木屑、秸稈或其他植物而
• 中文名稱：纖維乙醇

科技名詞定義

中文名稱：纖維乙醇

英文名稱：Cellulosic bioethanol

定義：由木屑、秸稈或其他植物而製造出的生物乙醇

工藝原理及路線

自然界把纖維素賦予植物作為主要骨架結構，這種由葡萄糖分子緊密咬合併層層疊加的“腳手架”，為植物提供了抵抗重力和生物降解的支撐性架構。半纖維素結合在纖維素微纖維的表面，並且相互連線，木質素形成交織網來硬化細胞壁，形成了極為堅固的木質纖維素結構。為了釋放木質纖維素里的能量，科學家必須先破壞進化賦予植物的這種異常穩定的結構。一般來說，這種“解封”過程先要將固體生物質解構成聚合度更低的小分子物質，隨後將它們轉化成燃料。一般採用控溫方式進行這種操作。低溫（50℃～200℃）情況下，生物質裂解產生的單糖可以被發酵成乙醇或其他形式的燃料。

在當前的纖維素乙醇產業化探索中常採用酸水解和酶水解兩條不同的技術路線來實現木質纖維素的降解。

在酸水解工藝中，可以使用鹽酸或硫酸，按照使用酸的濃度不同可以進一步分為濃酸水解和稀酸水解。法國早在1856 年即開始進行了濃硫酸水解法進行乙醇生產，濃酸水解過程為單相水解反應,纖維素在濃酸作用下首先溶解,然後在溶液中進行水解反應。濃酸能夠迅速溶解纖維素,但並不是發生了水解反應。濃酸處理後成為纖維素糊精,變得易於水解(纖維素經濃酸溶液生成單糖,由於水分不足,濃酸吸收水分,單糖又生成為多糖,但這時的多糖不同於纖維素,它比纖維素易於解) ,但水解在濃酸中進行得很慢,一般是在濃酸處理之後再與酸分離,使用稀酸進行水解。

稀酸水解木質纖維素的技術可謂歷史悠久，1898年德國人就嘗試以林業生產的廢棄物為原料生產乙醇，並建立了工業化規模的裝置，每噸生物量可以生產50 加侖的乙醇。與濃酸水解的工藝路線相比，稀酸水解需要在比較高的溫度下進行，才能使半纖維素和纖維素完全水解。稀酸水解木質纖維素通常採用二級水解的工藝方案：第一級水解反應器的溫度相對第二級來說略低一些，比較容易水解的半纖維素可以降解；第二級反應器主要降解難降解的纖維素，水解後剩餘的殘渣主要是木質素，水解液中和後送入發酵罐進行發酵

同植物纖維酸法水解工藝相比,酶法水解具有反應條件溫和、不生成有毒降解產物、糖得率高和設備投資低等優點。而妨礙木質纖維素資源酶法生物轉化技術實用化的主要障礙之一,是纖維素酶的生產效率低、成本較高。當前使用的纖維素酶的比活力較低,單位原料用酶量很大,酶解效率低,產酶和酶解技術都需要改進。為了滿足競爭的需要，生產每加侖乙醇的纖維素酶的成本應該不超過7 美分。但在當前產酶技術條件下,生產1加侖乙醇需用纖維素酶的生產費用約為30～50 美分。

有關部門介紹，國內當前生產乙醇主要是以糧食為原料，但隨著燃料乙醇作為替代能源需求量的不斷攀升，各界有關糧食安全的爭論日趨激烈，尋找理想的替代原料成了研究的焦點。2006年8月，我國首條纖維乙醇生產線——天冠集團3000噸級纖維乙醇項目，在鎮平開發區開工奠基。

這一項目打破了過去單純以糧食類原料生產乙醇的歷史，使利用秸稈類纖維質原料生產乙醇成為現實。這不僅使秸稈類廢物得到科學利用，而且能為國家節約大量糧食。

2008年5月29日，經合組織與聯合國糧農組織在其發表的一份報告中稱，到2017年，全世界的乙醇產量將是2007年的2倍，達到1250億升。該報告還指出，政策上的支持，油價的攀升，都會強烈影響未來對生物燃料的需求。而這種上升趨勢將導致全球糧食價格的繼續攀升和減小糧食在食物和飼料中的使 用率。

那么，在未來10年，以家用和農林廢料為原料的第二代生物燃料究竟能不能取代糧食乙醇，實現大規模的商業生產呢？

很多專家估測，由於玉米乙醇的生產將占用更多耕地，並與糧食需求相競爭，其發展勢必受到限制。纖維素乙醇的吸引力在於其原料包括作物秸稈、野草、廢木料和家用廢料，將這些又便宜又豐富的東西，轉化為乙醇所需要的燃料比較少，因此它比生產玉米乙醇的過程所釋放的溫室氣體要少。此外，一定面積的野 草或其他作物可以比玉米多生產約兩倍的乙醇，因為這些植物的秸稈和種子都可以利用，而不是像如今的玉米乙醇一樣只能利用玉米粒。美國自然資源保護委員會的一份報告指出，到2050年，纖維素來源的巨大生產力將最終使得其達到5600億升的乙醇生產量，相當於如今美國汽油消耗量的2/3。

現狀及前景

到2008年上半年為止，世界上還沒有商業規模的纖維素乙醇工廠，不過，已經有一些公司計畫在未來的幾年中開始生產。美國能源部當前已經投資了大約12家即將建立示範和商業規模工廠的公司。其中一個就是計畫2012年開工一個商業規模工廠的雷奇燃料公司，該廠預計將有年產8000萬升乙醇和甲醇的生產能力。

2008年5月27日，麻薩諸塞州劍橋的麥斯科馬公司披露，明尼蘇達有望成為年產560萬升燃料示範商業化纖維素乙醇工廠的所在地。麥斯科馬還有好幾個生物乙醇項目正在運作中，其中一個是在田納西的柳枝稷乙醇的先鋒項目。也是5月下旬，藍火乙醇公司在接受路透社採訪時宣布，他們計畫在5年內在美國建立 10個纖維素乙醇工廠，每個工廠的生產能力至少為2億升。其原料將為農業廢料、廢木料和非糧食作物，比如柳枝稷。

與此同時，德國兩大公司南方化學公司與林德公司也宣布5月初組建了合資企業，將開發基於不與人爭糧的作物生產第二代生物燃料技術。

加拿大2008的乙醇產量是10億升，2012年計畫將達到25億升。加拿大渥太華的艾歐基公司早在2003年1月就建成了周處理25噸小麥秸稈、年產32萬升纖維素乙醇的示範工廠。2005年5月，加拿大政府核准其投資5億美元在薩斯喀徹溫省建設年產將為8700萬升纖維素乙醇的裝置，預計於 2011年建成。艾歐基公司的項目得到了殼牌公司、高盛投資銀行和加拿大石油公司的資金支持。

中國也在積極進行纖維素乙醇的研發工作，2008年 5月8日，由河南天冠集團建設的1萬噸纖維乙醇一期產業化。

2011年12月21日，目前世界上最大的纖維乙醇示範工程——河南天冠集團萬噸/年纖維乙醇示範廠通過了國家發改委的驗收。