木质纤维素乙醇发酵及生物炼制课件.ppt
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- 木质 纤维素 乙醇 发酵 生物 炼制 课件
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1、 可持续发展可持续发展可再生资源可再生资源 清洁生产工艺清洁生产工艺 环境友好产品环境友好产品 生物质资源开发生物质资源开发 生物加工工艺生物加工工艺绿色生物产品绿色生物产品木质纤维素木质纤维素酶法有机转化酶法有机转化生物酒精生物酒精目前的工业生产模式不可持续目前的工业生产模式不可持续v化石资源不可再生资源化石资源不可再生资源资源危机资源危机v化石燃料不可再生能源化石燃料不可再生能源能源危机能源危机 v三废排放生态环境污染三废排放生态环境污染环境危机环境危机廉价石油时代终结了廉价石油时代终结了-人类必须戒除人类必须戒除“油瘾油瘾”石油、煤炭、天然气不仅提供了石油、煤炭、天然气不仅提供了基本的能
2、源,而且提供了基本的能源,而且提供了99%的的有机工业原料。有机工业原料。3019902000202020302010205020752100年年0510152025我国在世界我国在世界CO2排放中的比例排放中的比例(%)普京总统签署正式批准普京总统签署正式批准京都议定书之联邦法令京都议定书之联邦法令即使京都议定书不生效,即使京都议定书不生效,欧盟都会坚守承诺欧盟都会坚守承诺我们愿意做到超越我们愿意做到超越京都议定书的要求京都议定书的要求全球暖化的威胁全球暖化的威胁超过恐怖主义超过恐怖主义环境问题经济观点全球影响化石经济,付出了巨大的环境代价化石经济,付出了巨大的环境代价(白色污染和温室效应等
3、)(白色污染和温室效应等)生物质资源开发生物质资源开发是人类继续生存的必然选择是人类继续生存的必然选择v生物质资源为可再生的原料生物质资源为可再生的原料v模仿自然界的生物过程,以酶为催化剂,(逐步地)模仿自然界的生物过程,以酶为催化剂,(逐步地)以生物可再生资源为原料,来大规模生产人类所急以生物可再生资源为原料,来大规模生产人类所急需的能源、材料、大宗化学品、医药等。需的能源、材料、大宗化学品、医药等。物质转化体系的第三次革命物质转化体系的第三次革命v煤炭经济煤炭经济v化石原料(石油)经济化石原料(石油)经济v碳水化合物经济碳水化合物经济第一代燃料乙醇大量消耗粮食第一代燃料乙醇大量消耗粮食液体
4、燃料的液体燃料的CO2和能量平衡和能量平衡美国政府的三大目标v2012年:纤维乙醇的生产成本在经济上具有竞争力年:纤维乙醇的生产成本在经济上具有竞争力 v2017年:对石油的依赖要降低年:对石油的依赖要降低20 v2030年:对石油的依赖降低年:对石油的依赖降低30%丰原生化09年产量41万吨。Abengoa Bioenergy Biomass及及Chesterfield公司公司v投资:投资:7600万美元万美元v拟建厂址:堪萨斯州拟建厂址:堪萨斯州v原料:原料:700吨的玉米秸秆、麦秸、高粱秆、吨的玉米秸秆、麦秸、高粱秆、柳枝稷以及其他原料柳枝稷以及其他原料/天天v计划年产:计划年产:114
5、0万加仑乙醇(约万加仑乙醇(约3.5万吨),万吨),产生足够的电力以供应生产设施,还有富余产生足够的电力以供应生产设施,还有富余的能源供给周边的能源供给周边ALICO有限公司有限公司 v投资:投资:3300万美元万美元v拟建厂址:佛罗里达州拟建厂址:佛罗里达州LaBelle郡郡v原料:原料:770吨木材、植物废弃物等吨木材、植物废弃物等/天天v计划年产:计划年产:1390万加仑乙醇(约万加仑乙醇(约4.2万吨),万吨),6255千瓦电力,以及每天生产千瓦电力,以及每天生产8.8吨氢和吨氢和50吨氨吨氨 BlueFire Ethanol有限公司 v投资:投资:4000万美元万美元v拟建厂址:加利
6、福尼亚州拟建厂址:加利福尼亚州Irvine市市 v原料:原料:700吨分类的绿色废料和来自填埋厂吨分类的绿色废料和来自填埋厂的木材废料的木材废料/天天v计划年产:计划年产:1900万加仑乙醇(约万加仑乙醇(约5.7万吨)万吨)Broin公司 v投资:投资:8000万美元万美元v拟建厂址:爱荷华州的拟建厂址:爱荷华州的Emmetsburg v原料:原料:842吨玉米纤维、芯、秸秆等吨玉米纤维、芯、秸秆等/天天v计划年产:计划年产:1.25亿加仑的乙醇,其中大约亿加仑的乙醇,其中大约25%是纤维质乙醇是纤维质乙醇(约(约10万吨)万吨)v参与者:参与者:du Pont、Novozymes 以及能源
7、以及能源部国家可再生能源实验室(部国家可再生能源实验室(National Renewable Energy Laboratory)能源部生物能源科学研究中心DOE BioEnergy Science Center v位于田纳西州,隶属于能源部橡树岭国家实验室位于田纳西州,隶属于能源部橡树岭国家实验室(DOEs Oak Ridge National Laboratory)v合作单位:乔治亚理工学院(合作单位:乔治亚理工学院(Georgia Institute of Technology),能源部国家可再生能源研究),能源部国家可再生能源研究室(室(DOEs National Renewable
8、Energy Laboratory),乔治亚大学(),乔治亚大学(University of Georgia),达特茅思学院(),达特茅思学院(Dartmouth College),田纳西大学(),田纳西大学(University of Tennessee)能源部联合生物能源研究所DOE Joint BioEnergy Institute v位于加利福尼亚州,属于能源部劳伦斯伯克利国家实位于加利福尼亚州,属于能源部劳伦斯伯克利国家实验室(验室(DOEs Lawrence Berkeley National Laboratory)v合作单位:桑地亚国家实验室(合作单位:桑地亚国家实验室(Sand
9、ia National Laboratories),能源部劳伦斯利物默国家实验室),能源部劳伦斯利物默国家实验室(DOEs Lawrence Livermore National Laboratory),加州大学伯克利分校(),加州大学伯克利分校(University of California-Berkeley),加州大学戴威斯分校),加州大学戴威斯分校(University of California-Davis),斯坦福大学),斯坦福大学(Stanford University)主要试图生产纤维乙醇的公司vAbengoa ABGOF:Babilafuente(Salamanca),西班牙
10、,西班牙,2007 建立第一家工业化的纤维素酒精厂建立第一家工业化的纤维素酒精厂 vArkenol:酸水解生产酒精酸水解生产酒精vArcher Daniels Midland ADM:利用玉米秸杆利用玉米秸杆vAlternative Energy Sources(AENS):玉米淀粉酒精,计划转玉米淀粉酒精,计划转为纤维素酒精为纤维素酒精vBioengineering Resources Inc.(BRI):利用废物生产酒精:利用废物生产酒精vBlueFire BFRE:计划用酸水解法生产酒精:计划用酸水解法生产酒精.vBroin:美国最大的干磨酒精生产商与:美国最大的干磨酒精生产商与Novo
11、zymes 和和 Dupont 合作合作vCelunol:购买了:购买了SunOpta 的生物质酒精生产专利,计划的生物质酒精生产专利,计划2007在洛杉矶建厂。在洛杉矶建厂。主要试图生产纤维乙醇的公司vCeres:利用基因工程开发能源作物用于酒精生产,例如柳:利用基因工程开发能源作物用于酒精生产,例如柳枝秫枝秫 switchgrassvChevron/NREL:NREL 的合作者,可发的合作者,可发NREL专利专利vColusa Biomass Energy(CLME.PK):利用大米壳生产酒利用大米壳生产酒精精vDiversa DVS:与:与DuPont合作研究白蚂蚁多种酶降解木材合作研究
12、白蚂蚁多种酶降解木材纤维素纤维素vDuPont:研发纤维素酒精生产技术并产业化研发纤维素酒精生产技术并产业化(Dupont/Diversa/Broin).vDyadic DIL 研发酶发生产糖研发酶发生产糖 与与Abengoa 合作合作vGenahol 计划在计划在 Long Beach,CA,Chandler,AZ,Columbus,OH,and Orville,OH建多家纤维素酒精厂建多家纤维素酒精厂vGlobex GLXI 研发超临界研发超临界(SCF)流体和酶水解结合成产纤维流体和酶水解结合成产纤维素酒精素酒精主要试图生产纤维乙醇的公司vGreen Star Products Inc.
13、GSPI:研发无水连续反应器用于纤:研发无水连续反应器用于纤维素酒精生产维素酒精生产vIogen Corp.酶法生产纤维素酒精酶法生产纤维素酒精vKergy 设计立足于原材料当地的纤维素酒精生产设计立足于原材料当地的纤维素酒精生产vNova Fuels(maker of Novahol):研发生物质:研发生物质-燃料技术主要是燃料技术主要是gasificationvNovozymes NVZMF 纤维素酶的研发纤维素酶的研发vPacific Ethanol:Bill Gates 在加州,俄勒冈州和爱得华州投资在加州,俄勒冈州和爱得华州投资的厂家的厂家vPureEnergy 研发两极稀酸水解流程
14、研发两极稀酸水解流程vSunOpta STKL:于:于20年前在法国建立了第一家纤维素酒精厂年前在法国建立了第一家纤维素酒精厂.计划在中国和美国建厂计划在中国和美国建厂vXethanol XNL 计划于计划于2007年在年在Augusta,GA 建立建立5千万加仑的千万加仑的纤维素酒精厂纤维素酒精厂我国是世界第二大能源生产国和消费国,我国是世界第二大能源生产国和消费国,2006年能年能源消费总量达到源消费总量达到24.6亿吨标准煤;亿吨标准煤;v人均能源资源拥有量较低,煤炭人均探明储量仅占人均能源资源拥有量较低,煤炭人均探明储量仅占世界平均水平的世界平均水平的50%左右,石油、天然气人均资源左
15、右,石油、天然气人均资源量仅为世界平均水平的量仅为世界平均水平的7.7%和和7.1%;能源短缺正成为制约我国经济社会发展的瓶颈问题能源短缺正成为制约我国经济社会发展的瓶颈问题之一。之一。开发利用生物质能,对于调整能源结构,缓解开发利用生物质能,对于调整能源结构,缓解化石能源供应的紧张局面,保障国家能源安全,建化石能源供应的紧张局面,保障国家能源安全,建立可持续发展的能源供应体系,促进经济社会可持立可持续发展的能源供应体系,促进经济社会可持续发展具有重大意义。续发展具有重大意义。开发生物质资源的重大战略意义开发生物质资源的重大战略意义v减少石油进口;平衡外汇收支;保证国家安减少石油进口;平衡外汇
16、收支;保证国家安全全v促进农村经济发展;增加就业机会;保持社促进农村经济发展;增加就业机会;保持社会稳定会稳定v改善城市大气质量;实现封闭的碳循环,减改善城市大气质量;实现封闭的碳循环,减少二氧化碳净排放,减轻温室效应少二氧化碳净排放,减轻温室效应2003年:生物催化与生物转化年:生物催化与生物转化2004年:极端微生物年:极端微生物 生物冶金生物冶金 秸杆资源高值化利用秸杆资源高值化利用2005年:年:生物基化学品的生化网络生物基化学品的生化网络2006年:生物炼制细胞工厂年:生物炼制细胞工厂2007年:生物过程工程优化年:生物过程工程优化“十一五十一五”863863计划重点项目计划重点项目
17、2006年年 农林生物质工程重大专项启动农林生物质工程重大专项启动 2007年年 生物产业大会和国际生物经济大会生物产业大会和国际生物经济大会 2020年年 生物质能源替代运输燃料生物质能源替代运输燃料15%。科技部和发改委科技部和发改委中国政府面临两难境地中国政府面临两难境地v中国中国可再生能源中长期发展规划可再生能源中长期发展规划要求,要求,我国生物燃料乙醇的年生产能力将在我国生物燃料乙醇的年生产能力将在2020年年达到达到1000万吨。万吨。v原计划原计划2010年达年达500万吨,但因原料供应等万吨,但因原料供应等问题,可能调减为问题,可能调减为200万吨。万吨。v国务院召开关于可再生
18、能源的会议,中国将国务院召开关于可再生能源的会议,中国将停止在建的煤化工项目和粮食乙醇燃料项目,停止在建的煤化工项目和粮食乙醇燃料项目,在在的原则下,坚持发展非粮燃料乙醇。的原则下,坚持发展非粮燃料乙醇。v目前主要原料:谷物、糖类、油脂目前主要原料:谷物、糖类、油脂v近期发展目标:木薯、甘薯、甜高粱近期发展目标:木薯、甘薯、甜高粱v长期发展目标:植物纤维资源长期发展目标:植物纤维资源 纤维质原料是自然界最丰富的可再生资源,目前尚未纤维质原料是自然界最丰富的可再生资源,目前尚未得到充分利用。得到充分利用。利用纤维质原料生产乙醇工艺的研究和开发目前是国利用纤维质原料生产乙醇工艺的研究和开发目前是国
19、内外寄予厚望的重点。内外寄予厚望的重点。纤维质原料纤维质原料 植物纤维类生物质降解转化植物纤维类生物质降解转化纤维素转化技术的经济效益不过关?纤维素转化技术的经济效益不过关?纤维素转化的社会效益纤维素转化的社会效益v国家经济安全、能源安全国家经济安全、能源安全v发展农村经济的必由之路发展农村经济的必由之路v环境保护和社会永续发展环境保护和社会永续发展秸秆发酵乙醇的主要难题秸秆发酵乙醇的主要难题v原料分散原料分散-集运增加成本集运增加成本v组分复杂组分复杂-必先预加处理必先预加处理v多酶体系多酶体系-效率急待提高效率急待提高v戊糖难用戊糖难用-酵母先要改造酵母先要改造 必须继续降低生产成本必须继
20、续降低生产成本最 低销售价(加仑/美元)酶加工 原料生物质原料资源生物质原料资源 q目前以及近期目前以及近期:农作物以及低消耗或负消耗的工农作物以及低消耗或负消耗的工业残余物业残余物将是生物质的主要来源。将是生物质的主要来源。q中期中期:农业和森林业的加工残余物农业和森林业的加工残余物 将为扩张的生将为扩张的生物精练厂产业提供大宗的生物质原料来源。物精练厂产业提供大宗的生物质原料来源。q长期长期:利用:利用能源作物能源作物诸如经过转基因改造的快速诸如经过转基因改造的快速生长树木和草类植物。生长树木和草类植物。原料先易后难原料先易后难:从工业废渣做起从工业废渣做起v未经过预处理:未经过预处理:蔗
21、渣、林产加工废物、食品加工废物蔗渣、林产加工废物、食品加工废物v已经过预处理:已经过预处理:造纸废渣、木糖渣、糠醛渣造纸废渣、木糖渣、糠醛渣开发原料收集、运输体系开发原料收集、运输体系木质纤维素组成:纤维素约45%(主要由葡萄糖聚合而成)、半纤维素约30%(主要由木糖聚合组成),木质素约25%(主要由复杂酚类聚合而成)。纤维素的结构纤维素的结构木质纤维素原料组分的分离方法木质纤维素原料组分的分离方法 可分离纤维素资源组分的物理、化学方法:辐射可分离纤维素资源组分的物理、化学方法:辐射处理、粉碎、高压热水、有机溶剂、稀酸、低温浓处理、粉碎、高压热水、有机溶剂、稀酸、低温浓酸、酸催化的蒸汽水解、蒸
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