生物質(zhì)資源的利用

1、什么是生物質(zhì)？現(xiàn)代的生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)概念，是指利用可再生的有機物質(zhì)，包括農(nóng)作物、樹木等植物及其殘體、畜禽糞便、有機4棄物，通過工業(yè)加工轉(zhuǎn)化，進行生物基產(chǎn)品(Biobasedproducts)、生楊漱料(Biofuels)和生物能源麗&麗刃生產(chǎn)的一禪新興產(chǎn)業(yè)。根據(jù)義國生枷質(zhì)資源的特點和營術(shù)潛在優(yōu)勢，可以醬燃料乙醇、生物柴油、生物塑*斗以及沼氣發(fā)電和閒化成型棘燒作為主尊產(chǎn)品。其蟲，以生物質(zhì)為源頭幾乎可以生產(chǎn)出所有的基礎(chǔ)有機化工原料，并且很多產(chǎn)品已經(jīng)顯現(xiàn)出很好的經(jīng)濟性。目前由生物質(zhì)資源進行生湯庵制,可以生產(chǎn)岀幾大產(chǎn)品體系：C1體系主要包括甲烷、甲醇等；C2襪縈圭要包括乙醇、醋酸、乙烯、乙二醇等；C

2、3體系主要包括乳酸、丙烯酸、丙二醇等；C4體系主要包括丁二酸、富馬酸、丁二醇等；C5體系主要包括衣康酸、木糖醇等；C6體系主要包括檸檬酸、山梨醇等。其中一些化學品的生產(chǎn)已在大規(guī)模應(yīng)用，農(nóng)用化學品、精細化學品、大宗化學品、藥物及高分子材料等領(lǐng)域的工業(yè)化應(yīng)用也呈現(xiàn)快速增長的趨勢。可再生資源及生物質(zhì)能源、有機化工原料、生物質(zhì)<丿1植物<丿動物1V)微生物<丿綠色植物利用葉綠素通過光合作用把C02和出0轉(zhuǎn)化為葡萄糖，并把光能儲存在其中,然后進一步把葡萄糖聚合淀粉、纖維素、半纖維素木質(zhì)素等構(gòu)成植物本身的物質(zhì)。生物質(zhì)應(yīng)用的優(yōu)點：(1) 儲量豐富，來源廣泛；(2) 清潔，無污染；(3) 節(jié)

3、省能源；(4) 可再生，符合可持續(xù)發(fā)展光反應(yīng):鎌色植物的蕪合作用ATP-酶ADP+Pi1、FhO的光解2、ATP的形成2C3、_/°2多種酶C5參與催化彳C6H12O6暗反應(yīng):1、CO2的固定2、CO2的還原作為植物生物質(zhì)的最主要成分的木質(zhì)素和纖維素每年以約1640億噸的速度不斷再生，以能量換算，相當于目前世界石油年產(chǎn)量的1520倍。生物質(zhì)中最值得利用的是木質(zhì)纖維素，其優(yōu)點是：71)由可降解的葡萄糖組成；(2)生物圈中最豐富的有機物。木質(zhì)纖維素特性：木質(zhì)纖維素不溶于水、弱酸和堿性溶液；PH值中性，可提高系統(tǒng)抗腐蝕性。木質(zhì)纖維素比重小、比表面積大，具有優(yōu)良的保溫、隔熱、隔聲、絕緣和透氣

4、性能。木質(zhì)纖維素具有優(yōu)良的柔韌性及分散性，混合后形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，能提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性、強度、密實度和均勻度。木質(zhì)纖維的結(jié)構(gòu)使加工好的預制漿料（干濕料）的均勻性保持原狀穩(wěn)定并減少系統(tǒng)的收縮和膨脹，使施工或預制件的精度大大提高。木質(zhì)纖維具有很強的防凍和防熱能力。酶打開生物質(zhì)資源寶庫的鑰匙物理法和化學法，是通過熱裂解、分餡、氧化還原降解、水解和酸解等方法將纖維素、木質(zhì)素等大分子生物質(zhì)降解成低分子量的碳氫化合物、可燃氣體和液體，直接作為能源或經(jīng)分離提純后作為化工原料。但是，物理法和化學法一般的能耗高、產(chǎn)率低且過程污染較嚴重，因此單獨使用一般缺乏實用性，往往是作為生物轉(zhuǎn)化法的輔助手段。生物轉(zhuǎn)化法是利用酶

5、將生物質(zhì)降解為葡萄糖，然后轉(zhuǎn)化為各種化學品。因此酶在生物質(zhì)的應(yīng)用過程中的地位不言而喻。酶催化的特點:1. 高效性普通催化劑對化學反應(yīng)加速一般為104105倍，酶對反應(yīng)的加速作用一般在109101.以上。2. 專一性普通催化劑往往對同一類型反應(yīng)都有催化作用，而酶只選擇催化某個反應(yīng)并獲得特定的產(chǎn)物。3. 反應(yīng)條件溫和不需要高溫、高壓、強酸、強堿等苛刻條件，大多常溫常壓下，活性最高。4. 多樣性目前已發(fā)現(xiàn)的酶有2500種，還有2萬多種具有催化作用的微生物，幾乎能催化所有的化學反應(yīng)。生物質(zhì)資源利用實例歷史悠久的發(fā)酵技術(shù)I1大約5000年前,我國人民已掌握釀酒.釀醋技術(shù)。I1I1I1原料->蒸煮淀

6、粉酚'糖化酵母菌>酒化T蒸館-酒原料-蒸煮亠匚糖化酒化賊、醋酸菌發(fā)酵-醋生物煉制A生物煉制是利用農(nóng)業(yè)廢棄物、植物基淀粉和木質(zhì)纖維素材料為原料，生產(chǎn)各種化學品、燃料和生物基材料根據(jù)近來研究開發(fā)的不同情況”生物煉制分為3種系列：木質(zhì)纖維素煉制：用自然界中干的原材料如含纖維素的生物質(zhì)和廢棄物作原料；0）金答物煉制：用答類或玉米祚原料；綠色煉制：ffl自然界中濕的星扌勿質(zhì)如青草、苜蓿、三葉草和未成熟答類作原料Q生物煉制大幅護展可再生植物基原材料的應(yīng)用使其成為環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的化學和能源經(jīng)濟轉(zhuǎn)變的手段Q秸稈的生物煉制產(chǎn)業(yè)循環(huán)鏈條示意圖0Q0謂氣發(fā)電玉來茜隹品，腺4®品0000co.

7、,水玉來謔粉玉奉30rgn玉乗若就謹上地餐廚垃圾煉制生物柴油汕木分離生物質(zhì)分禺1T沖I內(nèi)旨/匕慶軟咬甘白旨龍怏y«氣凈化衲堆塵斗勿柴Y曲預處理二次用兌月旨工網(wǎng)仆科巴辛斗可再生能源燃料乙醇燃料乙醇,一般是指體積濃度達到99.5%以上的元水乙醇。燃料乙醇是燃燒清潔的高辛烷值燃料。燃料乙醇是一種可再生能源,可在專用的乙醇發(fā)動機中使用,又可按一定的比例與汽油混合.在不對原汽油發(fā)動機做任何改動的前提下直接使用。使用含醇汽油可減少汽油消耗量,增加燃料的含氧量,使燃燒更充分,降低燃燒中的C0等污染物的排放。在美國和巴西等國家燃料乙醇已得到初步的普及,燃料乙醇在中國也開始有計劃地發(fā)展。K可作為新的燃

8、料替代品，減少對石油的消耗。乙醇作為可再生能源,苛直接作為液體燃務(wù)靈著向汽油混合使用，可減少對不可再生能源-石油的依賴，保障本國能源的安全。:2、辛烷值高，抗爆性能就好。作為汽油添加劑，可提高汽油的辛值。通常車用汽油的辛烷值一般要求90或93,乙醇的辛烷值可達到所以向汽油中加入燃料乙醇可大大提高汽油的辛烷值，且乙醇對烷怪類汽油組分（烷基祀油、輕石甌油）辛烷信調(diào)合效應(yīng)好于烯怪類汽油組分（催化裂花汽疝）和芳忌類汽油組分（催化重整汽油），添加乙醇還可以較另有效地扌是高汽油的抗爆性。3、作為汽油添加劑，可減少礦物燃科的應(yīng)用以及對大氣白6污染。乙醇的氧含量高達34.7%,乙醇可以按較甲基叔丁基瞇(MTB

9、E)更少的添加量加入汽油中。汽油中添加7.7%乙醇，氧含曰、丄重達到2.7%；如添加10%乙醇,氧含量可以達到3.5%,所以加入乙醇可幫助汽油完全燃燒，以減少對大氣的污染。使用燃料乙醇取代四乙基鉛作為汽油添加劑，可消除空氣中鉛的污染:取代MTBE,可避免對地下水和空氣的污染。另夕卜，除了提高汽油的辛烷值和含氧量,乙醇還能改善汽車尾氣的質(zhì)量，減輕污染。一般當汽油中的乙醇的添加量不超過15%時，對車輛的行駛性沒有明顯影響，但尾氣中碳氫化合物、NOx和CO的含量明顯降低。美國汽車/油料(AQIRP)的研究報告表明：使用含6%乙醇的加州新配方汽油，與常規(guī)汽油相比，HC排放可降低5%,CO排放減少21-

10、28%,NOx排放減少7-16%,有毒氣體排放降低9-32%o4、乙醇是可再生能源，若采用小麥、玉米、稻谷殼、薯類、甘蔗、糖蜜等生物質(zhì)發(fā)酵生產(chǎn)乙醇，其燃燒所排放的C02和作為原料的生物源生長所消耗的C02,在數(shù)量上基本持平，這對減少大氣不染及抑制溫室效應(yīng)意義董大。:燃料乙醇生產(chǎn)設(shè)備乙醇存罐乙醇市場分析乙醇既是一種化工基本原料，又是一種新能源。為基讎疆驀礬鮭黠恭穌蘿評念的市場范圍。未來乙醇作一是車用燃料，主要是乙醇汽油和乙醇柴油。這就是我們傳統(tǒng)所說的燃料乙醇市場，也是近期的（10年內(nèi)）容量相對于以后較小的市場（在我國約1000萬噸/年）。美國政府已制定了一個大力發(fā)展燃料乙醇的計劃，計劃到2011年，將汽油中（不包括柴油）的燃料乙醇用量由每年15億加侖（約450萬噸）至少提高到44億加侖（約1360萬噸）； 二是作為燃料電池的燃料。在低溫燃料電池諸如手機、筆記本電腦以及新一代燃料電池汽車等可移動電源領(lǐng)域具有非常廣闊的應(yīng)用前景這是乙醇的中期市場（10-20年內(nèi)）。乙醇目前已被確定安全、方便、較為實用理想的燃料電池燃料。乙醇將擁有新型電池燃料3040%的市場。市場容量至少是近期帀場的5倍以上（主要是纖維原料乙醇）； 三是乙醇將成為支撐現(xiàn)代以乙烯為原料的石化工業(yè)的基礎(chǔ)原料。在未來二十年左右的時間內(nèi)，由于石油資源的日趨緊張，再加上纖維質(zhì)原料乙醇生產(chǎn)的大規(guī)模工業(yè)化，成本相對