生物质生产燃料乙醇技术的研究

清洁能源与可再生能源上节林生物质生产燃料乙醇技术的研究华东理工大学柴梅颜涌捷摘要:介绍国内外以及上海的生物质生产燃料乙醇技术应用和发展现状,概述了燃料乙醇生产的生物质原料和生产方法,并分析了生产技术存在的主要问题。最后,提出了上海未来生物质燃料乙醇生产的发展方向。关键词:生物质;纤维素;燃料乙醇 Research on fuel ethanol from biomass Chai Mei Yan Yongjie Abstract: The actuality and development in fuel ethanol from biomass was introduced.The fuel ethanol production material and method was described. The problem of currently technology was analyzed. In the end, the future development direction of Shanghai wan put forward. Keywords: biomass; cellulose; fuel ethanol前言最早大规模使用乙醇作为替代燃料的国家。巴西从随着化石能源的渐趋枯竭,环境压力的日益1975年就开始实施“燃料乙醇计划”,以甘蔗为原沉重,能源需求和油价持续上升,人类越来越认识料生产燃料乙醇替代车用汽油,经过多年的努力,到寻求可再生清洁能源和能源的多元化的迫切达到了预期目的。1985年以来,虽然燃料乙醇产量性。上世纪70年代石油危机以来,一些国家开始因油价、糖价和政策影响有所波动,但平均年产量尝试利用生物质资源生产液体燃料。其中由生物达1000万t左右,累计替代石油约2亿t。目前,巴质生产的燃料乙醇以其可再生性、无污染性、不引西所有车用汽油均添加20%~25%的燃料乙醇,并且起温室效应和提高汽车的防爆性能等特点而被公已有大量使用纯燃料乙醇的汽车,2005年销售的汽认为最有工业应用前景的可再生能源之一,得到车有70%为可以完全燃用纯燃料乙醇的汽车。2005了广泛的研究。年,巴西燃料乙醇消费量为1200万t,替代了当年汽油消费量的45%,约占车用燃料消费总量的三分1国内外的燃料乙醇发展状况之一,为70多万人提供了就业机会。燃料乙醇已成1.1国外的发展状况为巴西保障能源安全、促进经济发展、增加就业的燃料乙醇已有30多年发展历史,其中巴西是支柱产业。【作者简介】柴梅华东理工大学,硕士研究生上海带能清洁能源与可再生能源美国是从上世纪90年代开始发展燃料乙醇足故对以纤维素为主的生物质废物为原料生产燃的,主要是利用其耕地多、玉米产量大的优势,玉料乙醇的技术十分重视。原料方面日本全国每年产米为原料生产燃料乙醇。80年代后期受石油价格有1000万t废木屑,技术开发方面政府采取通过较低的影响,美国燃料乙醇的生产和销售曾受到抑新能源产业技术综合开发机构(NEDO)委托以日本制。90年代初,美国将燃料乙醇以10%的比例作为酒精协会为主的各有关企业进行开发,经费全部由含氧添加剂掺人汽油中,代替有致癌作用的MTBE,政府补助的政策。酒精协会在借鉴美国技术基础上市场需求量迅速增加。2002年以来,受石油价格大提出了系统的开发方案,希望快速发展燃料乙醇,幅上涨的推动,燃料乙醇再次受到重视,生产销售减少对石油进口的依赖,同时减少CO2的排放。不迅速增长美国为推广燃料乙醇制定了积极的经济少企业也利用自行开发的技术或引进美国技术开激励政策,每加仑燃料乙醇可得到51美分的税收展了以废木屑为原料生产燃料乙醇的工业试验。其返还(折合每升13.5美分)同时美国积极发展纤维中以日本食粮公司发明的方法别具特色,在2003素制取燃料乙醇的技术,进一步扩大可利用的生物年5月投资5亿日元建成示范工厂,目前日产乙醇质资源,以便更大规模的替代石油。美国政府实施2.5t,试成后计划建设200td工业化装置,成本目燃料乙醇政策以来,促进了美国农业的发展,改善标为25日元/L。了环境,明显降低了汽车废气的排放,减少了原油泰国是亚洲国家中对乙醇燃料的推广最为积进口,为社会提供了大量的就业机会。极的国家之一,他们与福特汽车公司联合建立研究在欧洲,乙醇最初被用于少量与汽油混合作为机构,成立了专门的委员会负责发展燃料乙醇的可汽油机燃料,近来乙醇的用途不断扩大,用乙醇行性研究以及发展计划和政策。泰国是世界上薯粉47%与异丁烯53%混合形成汽油添加剂乙基叔丁基的主要生产国之一,也是第二大糖出口国,而生产醚ETBE。欧盟乙醇产量在175万ta左右,乙醇汽薯粉的木薯和生产糖的甘蔗可用于制造乙醇。2000油的使用量大约在100万t以上。欧盟采用税收优年,泰国政府与巴西政府签署了乙醇生产合作协惠的政策将乙醇汽油的价格调到与汽油相当的水议,并开始执行相应的税收激励政策,促进乙醇的平,促进了燃料乙醇产量的上升。农业丰收形成的应用。农产品过剩是欧洲一些国家发展生物质乙醇的直印度用甘蔗和甜高粱生产99.5%无水乙醇,甜接动力。现在法国西班牙和瑞典已经生产和使用高粱的单位面积年产量为5700-6500L/hm2,比乙醇汽油,丹麦、荷兰、德国、法国、奥地利等国也有甘蔗高30%印度于2003年启动燃料乙醇计划。各自的研究与开发。按照政府规定,北部9个邦和4个联邦区可在汽委内瑞拉推广乙醇汽油是拉美地区能源一体油中加入5%的乙醇。如进展顺利,印度政府将在化发展计划中的一项。委内瑞拉从巴西进口的第一全国推广乙醇汽油,并计划把汽油中乙醇的比例批乙醇已被投入乙醇汽油的生产中为有效推广乙提高到10%醇汽油和减少乙醇进口,委内瑞拉政府制定了通过1.2国内的发展状况甘蔗种植来提取乙醇的计划。并宣布正式使用并推我国有成熟的酒精生产技术和大规模的酒精广乙醇汽油,并由此逐渐替代无铅汽油。委内瑞拉生产能力,具备发展生物燃料乙醇的技术基础。我政府计划在2005年至2012年间,建成14个总面国政府也一直极为重视燃料乙醇的研究与发展,特积为30万公顷甘蔗种植中心,并将解决40万人的别是利用非粮食原料生产燃料乙醇技术的战略储就业问题。备性研究与发展,一直被科技部列为生物质能技术日本作为世界第2石油进口大国,也希望利用研究领域的重要课题。本国资源开发乙醇燃料,但由于国内粮食生产不20世纪末,利用粮食相对过剩的条件,我国开清洁能源与可再生能源上海能始发展生物燃料乙醇。“十五”期间,在河南、安徽、2)糖质原料主要是甘蔗、甜菜还有糖蜜糖蜜吉林和黑龙江分别建设了以陈化粮为原料的燃料是制糖工业的副产品,甜菜糖蜜的产量是加工甜菜乙醇生产厂,总产能达到每年102万t2001年我国量的3.5%~5%,甘蔗糖蜜的产量是加工甘蔗量的启动了“车用乙醇”计划,在全国推广掺加10%乙醇3%左右。的汽油,现已在东北和河南、安徽等九个省(5个省3)纤维素原料纤维素原料(包括半纤维素)是全部,4个省的27个地市)开展车用乙醇汽油的销地球上最有潜力的乙醇生产原料,主要有农作物售。但我国人口众多,粮食剩余较少,并且局部分布秸秆、森林采伐和木材加工剩余物、柴草、造纸厂不平衡,粮食生产形势并不乐观,因此我国近期不和造糖厂含有纤维素的下脚料、城市生活垃圾的再扩大以粮食为原料的燃料乙醇生产。一部分等。若全国推广使用车用乙醇汽油,总需求燃料4)其他原料如造纸厂的亚硫酸盐纸浆废液、淀乙醇500万t以上。为了扩大生物燃料来源,我国粉厂的甘薯淀粉渣和马铃薯淀粉渣、奶酪工业的副已自主开发了以甜高粱茎秆为原料生产燃料乙醇产物(乳清、一些野生植物等)。的技术(称为甜高粱乙醇),并已在黑龙江、内蒙表1所示为几种生产原料的乙醇产量。古、山东、新疆和天津等地开展了甜高粱的种植及表1几种生产原料的乙醇产量Lt燃料乙醇生产试点,黑龙江省试验项目已达到年原料乙醇产量原料乙醇产量产乙醇5000t。由于现阶段国家对燃料乙醇实行定玉米370木料160点生产,这些甜高粱乙醇无法进入交通燃料市场,甜土豆125糖蜜280大多数掺入了低质白酒中。另外,含木质纤维素的甘蔗70甜高粱86生物质废弃物是生产燃料酒精的另一原料来源。我木薯180鲜甘薯80国是农业大国,每年有大量生物质废弃物产生,据估计仅农作物秸秆和稻壳就折合标准煤2.1亿t2.2生产的过程和方法目前国内已建成以纤维素废弃物为原料,年产燃料生物质生产燃料乙醇的主要过程是:先将生物乙醇600t的示范工程,并实现连续运行。质转化成糖,再将糖发酵得到乙醇。不同的生物质1.3上海的发展状况原料,糖化步骤不同。糖质原料可以直接发酵制取上海生物质制燃料乙醇技术走在了全国的前乙醇,淀粉原料的糖解如下式所示:列,其中纤维乙醇的研究方面一直处于全国领先水淀粉或淀粉糖(1)平。华东理工大学的颜涌捷教授从“八五”期间就开纤维素原料由于其结构比较复杂,需要先经过始研究农林废弃物生产燃料乙醇技术,先后承担了预处理再进行糖解,糖解过程如下式所示:国家“八五”、“九五”、“十五”科技攻关计划,目前已纤维素或纤素糖(2)经建成600t/a的酸水解法纤维乙醇生产中试装置,乙醇发酵过程实质上是酵母等乙醇发酵微生并通过了科技部的鉴定。物在无氧条件下的一系列有机质分解代谢的生化反应过程,如下式所示。可以进行乙醇发酵的微生2生物质生产燃料乙醇的原理物种类很多,包括酵母菌、霉菌和细菌,目前最常用2.1生产的主要原料的是酵母菌。1)淀粉质原料淀粉质原料是我国乙醇生产的葡萄糖母或乙醇+二氧化碳(3)最主要原料,主要是有甘薯(又名地瓜、红薯、山芋)、木薯、玉米、马铃薯(又名土豆)、大麦、大米高3生物燃料乙醇存在的问题粱等。糖类和淀粉类原料生产燃料乙醇的工艺都已上海清洁能源与可再生能源经十分成熟,但由于其原料主要是粮食,生产受到很大的限制。纤维素类原料具有资源丰富,不与粮4上海发展的前景分析食争地等优点,将成为生产燃料乙醇的主要原料。虽然上海相对来说生物质资源不是很丰富,但目前,利用纤维素原料生产燃料乙醇的工艺已经打是上海在生物质生产乙醇方面有很好的技术基础通,但国内外都还存在一些技术方面的问题没有完和经济基础。因此需要在现有基础上加大技术投全解决。通过技术改进,生产成本还有一定的下降入力度,尽快实现该技术的产业化。利用上海市每空间。年产生的大量农林废弃物,建立燃料乙醇生产示范纤维素原料生产乙醇要突破的技术关键有提工厂。然后再利用上海在设备制造等方面的优势,高纤维素糖解得率和糖发酵成乙醇的转化率;降低将生物质生产乙醇技术输出,推广到全国,特别是纤维素酶的生产成本;开发先进的乙醇发酵与精镏生物质能资源丰富的地区。工艺和设备。“交通与环境帕尔玛模式”新闻发布会2006年11月2日,意大利帕尔玛市政厅主施已经使得“帕尔玛模式的可持续性交通闻名全办的“交通与环境帕尔玛模式新闻发布会在球。主要措施包括:针对上下班交通进行创新性治浦东上海新国际博览中心举行作为“建设资源节理,旨在与公司合作,降低交通流量;减少用于缄约型社会:城市与工业和谐发展”市长论坛的特邀市交通的私家车使用量;提倡使用普通自行车或嘉宾,同时也受上海市政府邀请的帕尔玛市政当电动自行车,成又汽车的天然替代品并且通过以局代表Mr. Piezr0参议员就帕尔玛市在环境保护下几种方法改善公共和集体交通:增加意大利最和节能方面取得的成就发表了演讲。上海市经济为有效和完备的设备;在现有的高水平基础上进委员会国际合作部副主任陈东林和上海市节能协一步提高公共交通工具的使用和消费者忠诚度;会常务副秘书长蓝毓俊到会并发言。此次会议主制定灵活的集体交通制度,例如合伙用车。政府制题是节能与环保,介绍帕尔玛市在城市环境和交定各种制,不断通过信息与交流,让人们参与解决通方面所做的可持续发展规划和建立起卓有成效可持续性发展问题,进一步深化环境友好型文化的模式,其现代化发展与自然环境浑然天成,堪称的氛围,并规范社会行为。同时,这也一对城市规和谐社会的典范。划和学校教育建设都产生了深远影响。这些可贵帕尔玛市以其历史,音乐、艺术、食品而闻名的经验值得我们学习和借鉴。于世,也是重要交通枢纽和工业中心、意大利新闻发布会结束后,意大利对外贸易委员会ICB1工程首座试点城市。市政当局对交通监管、投资促进署上海代表处贸易官员芭芭拉卡斯贝降低交通对环境的影响、减少车祸发生率、创新性丽女士约请上海市节能协会常务副秘书长蓝毓俊能源规划垃圾的治理与再循环、水利监管、以及先生进行商谈,就今后的协作可能性进行了广泛城市内部及周边地区的绿地扩建等方面都取得了的交流。显著的成绩。这些努力改善交通与环境的积极措(毛文民)