纖維原料生產(chǎn)燃料乙醇的研究進(jìn)展

技術(shù)論壇TECH中豳高新故術(shù)會(huì )纖維原料生產(chǎn)燃料乙醇的研究進(jìn)展◆文/劑越越李陣亮【摘要】纖維素將威為生產(chǎn)燃料乙醇的主要原料。隨著(zhù)生產(chǎn)工藝的不斷研究,纖維素生產(chǎn)燃料乙醉的預處理、糖化、發(fā)酵以及廢料的回收利用工藝都在不斷的革新。人們在哥求降低纖維原料生產(chǎn)燃料乙醇成本的方法,以盡快實(shí)現纖維原料生產(chǎn)的工業(yè)化【關(guān)鑣詞】纖維原料預處理糖化發(fā)酵燃料乙醇作為一種生產(chǎn)工藝成熟、原料來(lái)源廣泛的替代能源越糖,最后由CL將纖維二糖水解為葡萄糖。此方法降的消耗量大,糖來(lái)越受到人們的關(guān)注。生產(chǎn)燃料乙醇的原料主要有三大類(lèi):糧食類(lèi)化時(shí)間長(cháng),造成成本居高不下向,物、經(jīng)濟類(lèi)作物和木質(zhì)纖維素。目前,糧食類(lèi)作物的生產(chǎn)工藝最為2.3生物糖化成熟,美國就是主要以糧食作為生產(chǎn)燃料乙醇的主要原料的,但這生物糖化是將預處理后的纖維素利用微生物分泌的水解酶直接種方法生產(chǎn)必然要消耗大盤(pán)糧食。據2003年相關(guān)統計,全球乙醇總糖化,相當于用微生物代菩酶。這種方法可以避免使用大量的酶,有產(chǎn)量61%是以甘蔗和甜萊為生產(chǎn)原料,燃料乙醇生產(chǎn)大國巴西就是效的降低生產(chǎn)成本,但也存在較多的問(wèn)題,例如微生物的選育問(wèn)題,甘蔗為主要原料,而歐盟則是以甜菜為主要原料。地球上每年大水解過(guò)程中雜藺的控制問(wèn)題等,這些都會(huì )使生產(chǎn)過(guò)程復雜化,因此約形成1000億噸植物有機物,是自然界分布最廣、含量最多、價(jià)格這種方法目前還無(wú)法實(shí)現工業(yè)化。低廉,而又未得到充分利用的可再生資源之一,利用價(jià)廉而來(lái)源廣3.曹種的選育方法泛的纖維原料生產(chǎn)燃料乙醇將對解決能源危機起到重要作用。美國乙醇發(fā)酵的菌種主要是酵母菌和細菌,細菌研充的較多的是運可再生燃油協(xié)會(huì )指出,美國科學(xué)家正在接近于發(fā)明將纖維素材料加動(dòng)發(fā)酵單胞菌。日前菌種的選育方法除了從自然界中篩選外,主要工成乙醇有效辦法,但這種辦法進(jìn)行大規模商業(yè)生產(chǎn)可能要在5-6是通過(guò)基因工程的手段構建基因工程菌。主要是構建酵母工程菌和年之后才能實(shí)現。細工程莤。實(shí)驗證明將木酮糖激酶基因XKSI克隆到已含有1.纖維原料的預處理工藝xYLl和xY2基因的酸酒酵母轉化子中,構建新的釀酒酵母,乙醇目前纖維素的預處理工藝主要有物理法、化學(xué)法、物理化學(xué)結的產(chǎn)率明顯提高。這種釀酒酵母既可以單獨利用木糖和葡萄糖,也合法和生物法四大類(lèi)。能實(shí)現兩種糖的共同利用。此外,細蘸和真菌的纖維素酶基因已成物理法主要包括機被粉碎高溫分解、微波或超聲波液相熱水功的引入釀酒酵母中,并成功的表達;將木糖異構酶、木酬糖激酶預處理等?；瘜W(xué)法是目前研究的最多的方法,主要有酸處理、堿處轉酬和轉醛酶催化的木糖代謝途徑,引入運動(dòng)發(fā)酵單胞麟,成功理、有機溶劑處理氧化處理等。物理化學(xué)法則主要有蒸汽爆裂、氨發(fā)酵木糖生成乙醇。將質(zhì)粒pZB5轉化至運動(dòng)發(fā)酵單胞菌菡種ZM4纖維爆裂、CO3煬裂等。其中CO2爆破、臭氧處理、有機溶劑處理、氧(ATCC3821)中,得到了重組菌ZM4(pZB5),可發(fā)酵木糖和葡萄糖的化處理等方法,很少被應用,報道不多?；旌咸?。生物法是新興的預處理方法,常用于降解木質(zhì)素的真菌是木腐此外,日本開(kāi)發(fā)的項目使用新型育種技術(shù)一“細胞表層顯示技菌,通常是白腐菌、褐腐菌和軟腐菌。其中,軟腐菌的木質(zhì)素分解能術(shù)°,可以培育出具有這些功能的新型高效乙醇發(fā)酵微生物力很低,褐腐菌只能改變木質(zhì)素的性質(zhì)而不能分解木質(zhì)素,只有白4.發(fā)醵工藝腐菌分解木質(zhì)素的能力較強。目前國際上研究最多并表現出有效降目前纖維素的發(fā)酵工藝主要有先糖化后發(fā)酵(SHF)、邊糖化邊解能力的白腐真菌是黃孢原毛平革菌。白腐菌處理法作用條件溫發(fā)酵(SF和SSCF)、生料發(fā)酵、固定化發(fā)酵、混合菌種發(fā)酵、非等溫同和,能耗低,具有獨特的優(yōu)勢。但處理時(shí)間長(cháng),生產(chǎn)周期長(cháng),距實(shí)現工步糖化發(fā)酵法(NSF)、高濃度發(fā)酵、液化糖化連續發(fā)酵工藝、聯(lián)合生業(yè)化生產(chǎn)還有一定距離。因此,用基因工程對白腐菌進(jìn)行改良,篩選物加工工藝(CBP)等。以下主要介紹幾種方法,其余方法研充較,早不含纖維素酶、半纖維素酶的木質(zhì)素降解菌,將有助于拓展生物預多都報道處理的應用1。4.1混合藺種發(fā)酵2.糖化工藝混合菌種發(fā)酵法是利用多碳源發(fā)酵乙醇的菌株發(fā)酵葡萄糖、木2.1釀法糖化糖、阿拉伯糖等單糖和寡糖的混合物。不過(guò),碳源利用率低,乙醇產(chǎn)酸法糖化可分為稀酸法和濃酸法。稀酸法時(shí)纖維素上的氧原子率低,工藝及設備滿(mǎn)足代謝上有困難,可采用氣升柱發(fā)酵木糖和溢和溶液中的氫離子相結合,變得不穩定,易和水反應,長(cháng)鏈即在此處流柱發(fā)酵葡萄糖的串聯(lián)發(fā)酵工藝斷裂,從而實(shí)現纖維素長(cháng)鏈的連續解聚,分解為葡萄糖。通常分為兩42液化糖化連續發(fā)酵工業(yè)個(gè)步驟:第一步用較低溫度分解半纖維素為木糖;第二步用較高溫前連續法日本采取細胞表層顯示、凝集性酵母技術(shù)的無(wú)蒸度分解纖維素為葡萄糖。在較低溫度下纖維素可完全溶解在硫酸煮、長(cháng)期連續發(fā)酵法。通過(guò)“細胞表層顯示技術(shù)”培育出新型高效乙中,轉化成幾個(gè)葡萄糖單元的低聚糖,然后加水稀釋并加熱,一定時(shí)醇發(fā)酵微生物,當用連續濃硫酸法處理過(guò)的纖維素(低聚糖和單糖的間后即水解為葡萄糖,此即濃酸法。此方法糖的回收率較高,但對設混合物)通過(guò)這種新型酵母的細胞表層分解后可轉化為葡萄糖,然后備的要求極高,酸必須回收。再發(fā)酵成為乙醇。這種方法提高了糖化效率,使高速發(fā)酵成為現實(shí)2.2酶法糖化菌體和酵素可在反應器內始終保持高濃度,可以持續反復使用葡聚糖內切酶(ED)、纖維二糖水解酶(CBH)和B-葡萄糖苷酶43聯(lián)合生物加工工藝(CBP)(GL)協(xié)同作用糖化效果最佳。ED先在纖維素分子內部打開(kāi)缺口,形cBP是指利用一種工程菌來(lái)完成多步驟的生物反應的技術(shù)成大量非還原性末端,之后CBH作用于非還原性末端形成纖維二CBP不包括生產(chǎn)纖維素酬的過(guò)程,因此底物和原料的消耗相對較技術(shù)論壇TECH中高新試術(shù)會(huì )血低。但是它對所用的微生物卻有較高的要求,所用的微生物必須比寬進(jìn)展農業(yè)與枝米2006,26(4)傳統的纖維素發(fā)酵微生物具有更好的底物利用度和較好的產(chǎn)品構(3]于斌,齊魯木質(zhì)纖維素生產(chǎn)燃料乙醇的研究現秋囚化工進(jìn)履型,因此需要對微生物進(jìn)行改造2006,25(3)5結束語(yǔ)「4]李蠱貴,賈樹(shù)彪,顧立文利用纖維素原料生產(chǎn)燃料酒精的研究進(jìn)隨著(zhù)國際石油價(jià)格的狂氟和國內對石油需求量的急劇增加,各展U]釀酒,2005,32(2)國積極開(kāi)展能源多元化的方案,因此纖維乙醇研究已經(jīng)成為目前生[5]郭廷杰是、日利用纖維素生物質(zhì)原料制燃料乙醇的技末開(kāi)發(fā)囚物質(zhì)液體燃料研究工作的重中之重。新的生產(chǎn)工藝雖然在不斷的研能源技術(shù),2004,25(2)究革新中,但許多有望大幅度降低生產(chǎn)成本的生產(chǎn)工藝還限于實(shí)驗{6]李猛,梁輝,王逑彬利用CBP發(fā)酵纖維素生產(chǎn)燃料乙醇的研究室階段,由于昂貴的預處理工藝、酶成本高、轉化效率低等問(wèn)題目進(jìn)展河南化工2007,4前尚無(wú)法解決而無(wú)法實(shí)現工業(yè)化,因此,必須要加緊研究的步伐,使[7]劉炳全,李學(xué)風(fēng),高文,楊秀山木質(zhì)纖堆素制取燃軒乙醇藺種的新的工藝盡早應用到工業(yè)生產(chǎn)中。研究可再生能源2007,25(4)8]乘行.纖維素將成為燃料乙醇生產(chǎn)主要原料們]糧食與油脂參考文獻2007,4[武冬梅,李冀新,孫新紀纖維素奧物質(zhì)發(fā)酵生產(chǎn)燃料乙醇的研究[9孫智課,蔣,張俊波,劉麗萍世界各國木質(zhì)纖維原料生物轉化進(jìn)展團釀酒科技2007,4燃料乙醇的工業(yè)化進(jìn)程釀酒科技2007,1[2]陳偉紅,聞德卉,杜風(fēng)光,宋安東纖維質(zhì)原料生產(chǎn)燃料乙醇的研作者單位系中國礦業(yè)大學(xué))∈已eEE∈∈E∈∈e∈三∈∈∈∈∈∈∈∈∈∈∈∈∈壬∈∈∈∈∈∈∈∈∈∈∈∈∈∈∈∈(上接63頁(yè))大范圍的調查監測中,遙感才能顯現其省時(shí)、省力、省錢(qián)的優(yōu)勢。例完全可以制作專(zhuān)門(mén)的專(zhuān)題片全面宜傳)和社會(huì )普及工作,使大多數如,土地調查在國家范圍內,省內,市內運用遙感來(lái)減輕工作量是可人都知道遙感是什么,有那些應用領(lǐng)域,在實(shí)際工作中只要技術(shù)可行的,但到縣里甚至鄉里的小范圍內購買(mǎi)遇感圖像和對圖像處理的行、經(jīng)濟合理就力爭使用。時(shí)間和費用恐怕早大過(guò)于幾個(gè)工作人員去跑一趟的時(shí)間和費用。另2、基礎理論薄弱外,企業(yè)使用遙感圖像時(shí),同樣存在相似的問(wèn)題,低精度的圖像不能遙感是一門(mén)交叉學(xué)科,它是以地球科學(xué)、傳統數學(xué)、物理學(xué)、計算滿(mǎn)足應用目的,精度不高、不可靠,而高精度的圖像向國外購買(mǎi)價(jià)格機科學(xué)、光學(xué)等多門(mén)學(xué)科為基礎的。遙感系統包括有信息源、倍息獲又太昂貴,因此降低應用成本和加快圖像處理速度成為應用中的重取、信息的接收、信息的處理和信息的應用五大部分。在過(guò)去很長(cháng)的要問(wèn)題。時(shí)期內,我國遙感發(fā)展的政策一直以?xún)?yōu)先發(fā)展信息獲取環(huán)節為指導6、商業(yè)化受到制約思想,而忽略了信息處理的重要環(huán)節,以致于對于一些基礎數學(xué)、物縱觀(guān)古今商業(yè)化是任何技術(shù)發(fā)展最終的必然結果,遙感也不可理定理在遙感圖像像元尺度上的使用不清。這樣勢必造成實(shí)賤與理能例外。目前在國外商業(yè)化的程度相對先進(jìn),我國還是剛剛開(kāi)始。雖論的脫節,導致我國自主遙感源和許多國際先進(jìn)遙感源提供的大量然在汽車(chē)、航海等方面有了起步,但是因管理體制、技術(shù)水平、社會(huì )遙感數據在未經(jīng)確處理的情況下不能有效利用。技術(shù)經(jīng)濟環(huán)境、投入產(chǎn)出比低和社會(huì )認知度低等因素的制約商業(yè)化因此,在未來(lái)遙感事業(yè)中,惟有國家增加基礎研究資金投入,提進(jìn)程發(fā)展較慢,范圍較窄。這些因素的影響只有隨著(zhù)社會(huì )環(huán)境、技術(shù)高遙感基礎研究人員的待遇,加大基礎理論的研究,培養更多的研水準不斷發(fā)展達到一定高度后才能完全消除,同時(shí)也需國家有計劃究型遙感人才,方能加強理論于實(shí)踐的結合,促進(jìn)遙感事業(yè)的長(cháng)足地在科研投入、信貸政策、稅收政策等方面給予優(yōu)惠,促進(jìn)商業(yè)化的迅速發(fā)展3、圖像分辨蟬率不夠高四、結束語(yǔ)遙感圖像的分辨率不高也是我國遙感面臨的重大難題。雖然經(jīng)中國的遙感事業(yè)經(jīng)歷30余年,從無(wú)到有,從弱到強,目前雖非過(guò)幾十年的努力,我國遇感圖像的分別率已經(jīng)有了質(zhì)的飛躍,但是最先進(jìn)國家但也是強國之一。遙感的廣泛應用已使我國認識地球、由于起步晚,依然難以達到很高的水準。因此,在許多對分辨率要求研究地球的視點(diǎn)從地面、低空擴展到太空,更使我們對我們居住的高的應用中,我們只能花錢(qián)去購買(mǎi)更先進(jìn)國家的遙感圖像來(lái)使用,環(huán)境和所處的地球有了新的認識。雖然,在發(fā)展的進(jìn)程中還存在許這就使我國在很大程度上受制于人,給國家國防安全、國民經(jīng)濟安多問(wèn)題,但只要我們正確認識到問(wèn)題的根本所在,采取切實(shí)有效的全帶來(lái)隱患措施,就一定能在不遠的將來(lái)趕上甚至超過(guò)國際先進(jìn)水平,使我國要改變這一現狀將是一個(gè)漫長(cháng)的技術(shù)裝備提高的過(guò)程,也是技的遙感事業(yè)更加輝煌。術(shù)環(huán)境改善的過(guò)程,只有在提高傳感器加工工藝的基礎上,才能獲取高分辨率的圖像,從根本上解決問(wèn)題。參考文獻4、研究經(jīng)費沒(méi)有得到充分利用,創(chuàng )新成果少1尹球,匡定波促進(jìn)遙感發(fā)展的幾點(diǎn)思考]紅外與毫米波學(xué)報,目前,我國研究遙感的單位很多,國家也投人了大量資金,但由2007,26(3)于缺乏統一的管理,各自為戰不能有機結合、協(xié)調合作與發(fā)展,因[2]李博,陳華,楊健遙感技術(shù)的發(fā)展趣勢分析中國資源綜合利此,重復研究、低起點(diǎn)研究等等現象頻繁出現,研究中的模仿研究用,2007,25(9)多、創(chuàng )新成果少,導致國家投人資金浪費,未達應有的效果。致使我[3]梅安新,彰望祿,秦其明,劉慧平遙患導論[M]北京:高等教出國遙感技術(shù)的發(fā)展中始終跟在西方發(fā)達國家后面,難以超越版社,2006.12因此加強全國統一學(xué)科協(xié)調,組建全國一盤(pán)棋的協(xié)作網(wǎng)絡(luò ),研14胡著(zhù)智,王慧麟陳欽巒陳東航天航空逯感技術(shù)與應用[M],南京:究方向和課題的合理分工是解決問(wèn)題有效方法南京大學(xué)出版社,2007.35、遙感在某些方面應用的性?xún)r(jià)比低「5]率靜,鄧風(fēng)東,劉安麟,來(lái)延年基于遙感的延安市寶塔區土地利遙感圖像的用戶(hù)基本上是政府的氣象、農林、地質(zhì)、礦產(chǎn)、水利、用變化研究囚測繪技術(shù)裝備,2007(3)海洋、環(huán)保、軍事、科學(xué)研究等部門(mén),主要用于杜會(huì )公益事業(yè)。只有在作者單位系中國礦業(yè)大學(xué)環(huán)境與測學(xué)院)