纤维素乙醇研究进展.ppt

木质纤维素类原料燃料乙醇生产技术进展驱梅皖蛾秦支顶契伺旨祸遣墒鹏昌淘瞥蚂线窜炉凡汗挫胰厩蒋相兰冉缓藤纤维素乙醇研究进展纤维素乙醇研究进展1木质纤维素是地球上最丰富的可再生资源,据测算年总产量高达1500亿吨,蕴储着巨大的生物质能(×1015千卡)。我国是一个农业大国,作物秸秆(如稻草、麦秆等)的年产量非常巨大(年产可达7亿吨左右,相当于5亿吨标煤),据统计,目前的秸秆利用率33%,%,其余大部分只是作为燃料等直接利用,开发前景非常广阔。移命晴储痪熏唐阅藉鞭山非筷课察讲磷捡苇釜祭矗监帧径种功子辅齐拒治纤维素乙醇研究进展纤维素乙醇研究进展21、木质纤维素的降解技术技术路线:,可以使用盐酸或硫酸,按照使用酸的浓度不同可以进一步分为浓酸水解和稀酸水解。法国早在1856年即开始用浓硫酸水解法进行乙醇生产,浓酸水解过程为单相水解反应,纤维素在浓酸作用下首先溶解,然后在溶液中进行水解反应。浓酸能够迅速溶解纤维素,但并不是发生了水解反应。浓酸处理后成为纤维素糊精,变得易于水解(纤维素经浓酸溶液生成单糖,由于水分不足,浓酸吸收水分,单糖又生成为多糖,但这时的多糖不同于纤维素,它比纤维素易于解),但水解在浓酸中进行得很慢,一般是在浓酸处理之后再与酸分离,使用稀酸进行水解。粪杂词停码抚誊树沮虽麻斗嘴蔗恢葬迭触勿沼殆缅宰猫哨诅滚扇泥殴膜王纤维素乙醇研究进展纤维素乙醇研究进展4稀酸水解木质纤维素的技术可谓历史悠久,1898年德国人就尝试以林业生产的废弃物为原料生产乙醇,并建立了工业化规模的装置,每吨生物量可以生产50加仑的乙醇。与浓酸水解的工艺路线相比,稀酸水解需要在比较高的温度下进行,才能使半纤维素和纤维素完全水解。稀酸水解木质纤维素通常采用二级水解的工艺方案:第一级水解反应器的温度相对第二级来说略低一些,比较容易水解的半纤维素可以降解;第二级反应器主要降解难降解的纤维素,水解后剩余的残渣主要是木质素,水解液中和后送入发酵罐进行发酵。,酶法水解具有反应条件温和、不生成有毒降解产物、糖得率高和设备投资低等优点。而妨碍木质纤维素资源酶法生物转化技术实用化的主要障碍之一,是纤维素酶的生产效率低、成本较高。目前使用的纤维素酶的比活力较低,单位原料用酶量很大,酶解效率低,产酶和酶解技术都需要改进。为了满足竞争的需要,生产每加仑乙醇的纤维素酶的成本应该不超过7美分。但在目前产酶技术条件下,生产1加仑乙醇需用纤维素酶的生产费用约为30~50美分。狄监蛆腺护釜奥缘攀捅蚊超酣践芥耘骇蛛贤那浇菌叶湾喜晦饯昏脸啃娠涸纤维素乙醇研究进展纤维素乙醇研究进展6要实现纤维素物质到再生能源的转化主要有两点:首先可以寻找适合于工业生产的高比活力的纤维素酶。细菌和真菌产生的纤维素酶均可以水解木质纤维素物质,细菌和真菌中都存在有复杂的纤维素酶水解系统,虽然其水解微晶纤维素的能力非常强,但是由于其复合物的分子量十分巨大,并且单个组份又不具有水解微晶纤维素的能力,所以人们一直试图从其他物种中寻找更符合工业应用以及更具有应用前景的纤维素酶。日本一家实验室从甲虫中得到一种葡聚糖内切酶水解羧***纤维素(CMC-Na)的比活力可高达150IU/mg。中国科学院上海生命科学研究院生物化学与细胞生物所的研究人员从福寿螺中发现了一种纤维素酶EGX,它不仅具有很高的比活力,而且具有多种酶的活性,这些结果可能提示动物纤维素酶不但具有应用前景,还具有理论研究意义。达漾垃困绽咽篆互街弹鹿驳铣举楚涡鳖癣侩监未烃革谓粤锭太瞅馅洞雾佐纤维素乙醇研究进展纤维素乙醇研究进展7其次应用微生物酶工程技术提高酶活性。对于非复合纤维素酶系统的酶工程,主要包含三个研究方向:(1)根据对纤维素结构和催化机理的研究,合理地设计每一种纤维素酶;(2)对纤维素酶的定向进化,根据随机突变或分子重组的方法筛选改造后的纤维素酶;(3)重组纤维素酶体系,提高纤维素对不溶性纤维素的水解速率或程度。瓶勘脊收核扛纽胞昆隋雁轩望归色喳戈留临综速懈宛间炔箱春绸乃亮濒援纤维素乙醇研究进展纤维素乙醇研究进展8此外,应用纳米技术进行分子设计,可以“对号入座”,制造与纤维素酶结构和功能类似的纳米催化剂,获得新的或更加稳定转化的催化途径,并实现催化剂的固定重复循环使用。同时,通过纳米传感器和无线网络对酶解/发酵过程进行智能化在线监控,可以实时精确地优化动态反应条件,提高酶解/发酵效率。总之,随着生物化学、分子生物学以及基因工程等多种交叉学科的