Z生物質(zhì)能源燃料乙醇

Z生物質(zhì)能源燃料乙醇第1頁/共30頁生產(chǎn)乙醇燃料的原料

原料:陳糧農(nóng)、林業(yè)廢棄物，各種含纖維素垃圾能源植物能源草Miscanthus（大禾草）Switchgrass（柳枝稷）淀粉類

甜高梁

木薯效益:中國能源戰(zhàn)略發(fā)展的需要解決環(huán)境污染，變廢為寶增加農(nóng)民收入，解決“三農(nóng)”問題第2頁/共30頁能源草指兩年或多年生草本或半灌木，包括甜高粱、柳枝稷、芒屬作物等高大草本都是理想的能源草。多為耐旱、耐鹽堿、耐瘠薄、適應(yīng)性強(qiáng)的草種，種植和管理簡單，在干旱、半干旱地區(qū)、低洼易澇和鹽堿地區(qū)、土壤貧瘠的山區(qū)和半山區(qū)均可種植。第3頁/共30頁柳枝稷的生態(tài)多樣性與開放授粉生殖方式相關(guān)聯(lián)的遺傳多樣性;快速生長的深根體系;高效的生理代謝系統(tǒng)。第4頁/共30頁(glucosepolymer)(xylose/arabinosepolymer)生物質(zhì)的主要成分木質(zhì)素纖維素半纖維素第5頁/共30頁Feedstock原料Cellulose纖維素Hemi-cellulose半纖維素Lignin木質(zhì)素Other其他AgriculturalWaste農(nóng)業(yè)廢棄物38321713ForestryWaste林業(yè)廢棄物5023225MunicipalWaste含纖維素垃圾4591036EnergyCrop能源作物45301510生物質(zhì)的主要成分(%)第6頁/共30頁P(yáng)roductioncapabilityforEthanolisabout5.81milliontoninChina.Fig:mediumandlargeenterprisespatialdistribution

第7頁/共30頁P(yáng)rovincesforEthanolproductionbyuseofSorghumbicolorinChina第8頁/共30頁CelluloseFiberHemicelluloseLigninPectinOtherpolysaccharides生物質(zhì)原料的結(jié)構(gòu)纖維素呈結(jié)晶狀擰合成纖維束半纖維素和其他多聚糖纏繞著纖維束木質(zhì)素像膠水一樣覆蓋和凝合著各種物質(zhì)水解酶或其他化學(xué)物質(zhì)很難滲透到纖維素表面纖維束半纖維素木質(zhì)素果膠質(zhì)其他多聚糖

第9頁/共30頁秸桿或其他原料組分分離預(yù)處理酶制劑生物降解乙醇分離Costly高消耗過程ThePathfromCellulosetoEthanol從秸桿到乙醇燃料第10頁/共30頁CrystallineRegionAmorphousRegionCelluloseLigninHemicellulosePretreatment預(yù)處理的作用預(yù)處理纖維素木質(zhì)素?zé)o定形區(qū)結(jié)晶區(qū)半纖維素第11頁/共30頁$/galEtOH稀酸熱水氣爆氣滲石灰預(yù)處理的效果和費(fèi)用處理效果依方法而異耗能(熱水、氣爆)，環(huán)境污染(稀酸)，周期長(石灰)成本高第12頁/共30頁β-glucoside內(nèi)切葡聚糖酶外切葡聚糖酶纖維二糖水解酶纖維二糖酶纖維素葡聚糖纖維二糖葡萄糖纖維素水解纖維素水解由纖維素酶系完成

纖維素酶系含至少三種酶，內(nèi)切葡聚糖酶，纖維二糖水解酶和纖維二糖酶此法成本很高，纖維素酶占總成本的36-45%效率常低產(chǎn)物反饋抑制受預(yù)處理影響第13頁/共30頁燃料乙醇生產(chǎn)新構(gòu)想基因工程酵母木質(zhì)素水解酶酵母半纖維素酶酵母纖維素酶酵母酒精發(fā)酵酵母燃料乙醇植物原料原料粉半纖維素纖維素有機(jī)酸纖維素單糖有機(jī)酸乙醇混合物單糖有機(jī)酸第14頁/共30頁木質(zhì)素水解酶酵母CHOOCH3OHHCHOOCH3OHHCHOOCH3OHH木質(zhì)素過氧化物酶Ligninperioxidase錳過氧化物酶Manganeseperoxidase乙二醛氧化酶Glyoxaloxidase漆酶LaccaseCelluloseLigninHemi-cellulose纖維素木質(zhì)素半纖維素Cellulose纖維素Hemicellulose半纖維素第15頁/共30頁半纖維素酶酵母CHOOCH3OHHCHOOCH3OHHCHOOCH3OHH內(nèi)切木聚糖酶endoxylanase乙酰木聚糖酯酶Acetylxylanesterase木糖苷酶Xylosidase阿拉伯呋喃糖苷酶

ArabinofuranosidaseCelluloseHemi-cellulose纖維素半纖維素Cellulose纖維素第16頁/共30頁纖維素酶酵母CHOOCH3OHHCHOOCH3OHHCHOOCH3OHH外切葡聚糖酶Exoglucosidase內(nèi)切葡聚糖酶Endoglucsidase纖維二糖水解酶Cellobiohydrolase纖維二糖酶CellobiaseCellulose纖維素CHOOCH3OHHCHOOCH3OHH第17頁/共30頁五碳糖代謝酵母木糖還原酶XyloseReductase木糖醇脫氫酶XylitolDehydrogenase木酮糖激酶XylulokinaseCHOOCH3OHHCHOOCH3OHHH-C-C-OHH|H||H|H第18頁/共30頁乙醇燃料電池日本TOSHIBA公司研制出甲醇燃料電池，可使筆記本電腦連續(xù)工作5小時(shí)。美國研制出乙醇燃料電池，效率高出其32倍。第19頁/共30頁我國從2001年開始推廣“車用乙醇汽油”。第20頁/共30頁傳統(tǒng)燃料乙醇的生產(chǎn)過程第21頁/共30頁生物質(zhì)乙醇工藝傳統(tǒng)成熟工藝---采用糖類，糧食類作物發(fā)酵法制備乙醇，60%價(jià)格---成本傳統(tǒng)經(jīng)濟(jì)項(xiàng)目的評價(jià):

成本為汽油的1.5-2倍左右，$6-12/GJ.

原料:蔗糖，木薯，甜菜，甜高粱，玉米，小麥，稻谷等。第22頁/共30頁非糧食類生物質(zhì)酶水解乙醇經(jīng)濟(jì)預(yù)測第23頁/共30頁柳枝稷英文名:Versatileswitchgrass學(xué)名:Panicumvirgatum科屬:禾本科稷屬類別:多年生草本主要性狀:多年生叢生型禾草，根莖和種子繁殖，根深，株高l~2米。分布地區(qū):美國大平原及東部大部分地區(qū)的土生種。習(xí)性特點(diǎn):耐旱，耐排水不良的土壤。繁殖方法:種子第24頁/共30頁植物形態(tài)ahardy,deep-rooted,perennialrhizomatousgrassgrowinlatespring.upto2.7mhigh,typicallyshorterthanbigbluestemgrassorIndiangrass.Theleaves30–90cmlong,withaprominentmidrib.usesC4carbonfixation.

Itsflowershaveawell-developedpanicle,upto60cmlong,andbearsagoodcropofseeds.Theseedsare3–6mmlongandupto1.5mmwide,andaredevelopedfromasingle-floweredspikelet.Whenripe,theseedstakeonapinkordull-purpletinge,andturngoldenbrownwiththefoliageoftheplantinthefall.Switchgrassisaself-seedingcrop,growonmarginallandsandrequiresrelativelymodestlevelsochemicalfertilizerconsideredaresource-efficient,low-inputcropforproducingbioenergyfromfarmland.第25頁/共30頁柳枝稷的商業(yè)潛力評估柳枝稷叢種植費(fèi)用低,易于維護(hù)。成熟稷生長帶的生長期可在20年期間不需要特別維護(hù)。柳枝稷能夠提供優(yōu)質(zhì)的干性物質(zhì)材料,每英畝的產(chǎn)量為12～15t。柳枝稷枝葉成熟后,體內(nèi)主要的營養(yǎng)成分將回流至根部可以節(jié)約肥料第26頁/共30頁柳枝稷利用的困難

從柳枝稷中提取纖維素的工藝復(fù)雜、成本較高。根據(jù)植物材料的種類不通，從中提取的纖維素需要采用不同的酶處理。這類催化劑與糖類相似，作用于復(fù)合碳水化合物，釋放出纖維素以及廢料二氧化碳。然而，使用這種酶費(fèi)用較高，每提取一加侖的乙醇就要花費(fèi)20美分。此外，用酵母對纖維素進(jìn)行發(fā)酵的過程中，還需要不同的酶，這又進(jìn)一步提高了成本。2006年，植物遺傳學(xué)家阿伯特?考希稱，以當(dāng)前的培育生產(chǎn)方法，每加侖纖維素酒精成本為2.70美元。這仍比汽油便宜，但考希認(rèn)為成本可以下降到1美元左右。大幅降低成本的方法之一是開發(fā)更便宜的酶，最好能找到尋找既可以分解纖維素，又可以發(fā)酵乙醇的酶。柳枝稷生產(chǎn)燃料乙醇的另一個(gè)問題是怎么把乙醇燃料從精煉廠運(yùn)送到燃油站。乙醇具有高度腐蝕性，不能像石油一樣通過管道或油桶運(yùn)輸。這就意味著只能通過卡車運(yùn)送，必然增加生產(chǎn)成本，降低能比，因?yàn)榇笮陀凸蘅ㄜ囆枰氖腿剂线\(yùn)送乙醇。使用柳枝稷提取乙醇燃料的另一個(gè)問題是要解決所需的大面積耕地。第27頁/共30頁展望加大對生物能源研究的投入,確保柳枝稷的基礎(chǔ)研究科研經(jīng)費(fèi)。從生態(tài)、生理、分子以及生產(chǎn)工藝等多個(gè)方面對柳