[科普中国]-生物燃料乙醇

原料

生产燃料乙醇的生物质原料从工艺角度来看，生物质中只要含有可发酵性糖（如葡萄糖、麦芽糖、果糖和蔗糖等）或可转变为发酵性糖的原料（如淀粉、菊粉和纤维素等）都可以作为乙醇的生产原料。然而从实用性的角度考虑，在生产中所采用的原料可分为以下几类1：

（1）糖类原料：包括甘蔗、甜菜和甜高粱等含糖作物，以及废糖蜜等。

（2）淀粉质原料：甘薯、木薯和马铃薯等薯类，和高粱、玉米、大米、谷子、大麦、小麦和燕麦等粮谷类。

（3）野生植物：包括橡子仁、葛根、蕨根、金刚石、枇杷核等。

（4）纤维素原料：包括农作物秸秆、林业加工废弃物、甘蔗渣及城市固体废物等。1

特点燃料乙醇具有以下优点：资源丰富；排放性能好；动力性能好；积炭减少；使用方便。使用车用乙醇汽油，在不进行发动机的改造的前提下，车的动力性能基本不变。乙醇常温下为液体，操作容易，储运使用方便。1

燃料乙醇具有以下缺点：经济性差；蒸发潜热大；热值低；易产生气阻；腐蚀金属；与材料的适应性差；易分层。乙醇的蒸发潜热是汽油的2倍多，蒸发潜热大会使乙醇燃料低温启动和低温运行性能恶化，如果发动机不加装进气预热系统，燃烧全醇燃料时汽车难以启动。乙醇的沸点只有78℃，在发动机正常工作温度下，很容易产生气阻，使燃料供给量降低甚至中断供油。1

纤维质原料制备生物燃料乙醇纤维素的微生物转化可概括地分为两类：一类是先经纤维素酶或半纤维素酶的水解产生葡萄糖、木糖等可发酵性糖，再由另外一类微生物（如酵母菌）发酵产生乙醇等物质，此为二步发酵法。二步发酵法先由微生物（多数为丝状真菌）在纤维性材料上产生纤维素酶和半纤维素酶，然后酶解纤维素、半纤维素产生糖，再由酵母菌发酵产生乙醇（即产酶、酶解、发酵三个步骤）。这三个步骤所需要的条件各不相同（如温度），整个过程经历的时间较长，需要二种微生物的作用，工艺较复杂。另一类是经过一步即可将纤维性物质转化为乙醇，其中又可分为有两种微生物参与的同时糖化发酵和仅用一个菌株的直接发酵法两种。利用二株菌的同时糖化发酵法与二步法相比，可消除酶解时产物对酶解作用的抑制，缩短了发酵时间，但仍需二种微生物的分别作用。直接发酵法是仅利用一种微生物产生的纤维素酶和半纤维素酶酶解，产生的糖仍由同一株菌来完成发酵的过程，此法工艺简单，历时短，对纤维性材料的生物法全利用有很大实际意义。1

应用生物燃料乙醇的开发应用可追溯到100年前，但由于当时石油燃料的出现及其价格低廉等原因，燃料乙醇应用的发展停滞不前，而现在成为最具有潜力和竞争力的一种石油替代能源，它既能缓解石油资源的短缺，又有利于大气环境的改善。一方面，由于能源结构的调整和环境保护的需要，乙醇燃料作为一种可再生的能源，将发挥越来越重要的作用；另一方面，随着内燃机技术的不断更新，缸内直喷发动机和均质充量压燃发动机成为研究的热点和未来内燃机发展的方向，而乙醇作为燃料可以很好的满足这两种发动机运转要求。所以，乙醇燃料在未来将有更加广阔的发展前景。1