秸秆高产燃料乙醇新工艺的研究

王培莉

(南昌市工业技术研究院，江西南昌 330006)

概述

能源作为现代社会赖以生存和发展的基础，受到世界各国的广泛关注。石油、煤炭、天然气等化石燃料在价格不断上涨，正面临资源枯竭的危险，以及随着温室气体排放的增多导致全球气侯变暖等一系列问题的出现，各国不得不加速发展替代能源，其中生物乙醇需求和发展尤为显著。生产生物乙醇的原料，目前主要是粮食和糖料，存在成本高与民争粮，争地等问题。从上世纪70年代起，许多国家开始用谷物、甘蔗、甜高粱以及其它植物秸秆开发可再生能源，用生物燃料替代车用汽油和柴油。在诸多的生物质能源中，以甘蔗、甜高粱的秸秆加工燃料乙醇工艺最简单，也最经济合算，其前景最广阔。

利用秸秆生产乙醇，首先要对秸秆降解，能后进行乙醇发酵。由于秸秆成分和结构的特殊性，导致其难以降解，所以如何降解秸秆一直是转化利用秸秆的关键所在，本项目采用一种环境友好性的节能方法——生物法降解木质纤维素，这样可以避免酸碱废弃物所造成的对环境的污染，也可以降低能耗。

1、工艺设计

图 利用秸秆生产乙醇工艺设计

2、材料与方法

2.1 材料

秸秆粉:玉米秸秆，经粗粉碎干燥后用粉碎机粉碎，以40目筛过筛。

2.2 实验方法

2.2.1 蒸气爆破法预处理秸秆

称取一定量的玉米秸秆粉，装入蒸汽爆破装置，通入高温高压蒸汽，在1.5MPa下维持6min后，收集渣液，水洗抽滤，测定滤液中的还原糖含量后计算糖产率。滤渣按干物料加入70u倌的纤维素酶进行酶解，测定酶解所得的还原糖产量。滤渣经系统方法测定半纤维素、纤维素和木质素的含量，计算各个组分的降解率。

2.2.2 压力脉动固态发酵技术

购买的12个菌种，接种培养4天，待菌落直径达到3tin以上，在菌落的边缘打一个小孔，初步确定其产酶活性大小，获得几株产酶优势菌种。将初筛的产酶活较高的菌种接种到复筛培养基中，培养7天后，进行酶活测定。将白腐菌接入酸水解后的玉米秸秆渣，观察白腐菌的生长情况和测定木质素降解效果，比较不同白腐菌降解木质素的效果。经过初筛、复筛，将筛得的降解木质素效果最好的白腐菌菌种，通过对不同的接种量，不同的培养时间，不同固液比等条件考察，进行固态产酶条件的优化。

2.2.3 同步纤维素固相酶解与乙醇发酵

称取一定量的经稀酸低温预处理后的秸秆残渣再经白腐苗固态发酵处理后的秸秆粉，按物料秸秆粉干重加入70u幢的纤维素酶，初始液固比为6:1在35℃下进行同步固态发酵，考察了接种量对乙醇产率的影响，接种量分别为 2.5%、5%、10%、15%、20%。

3、结果与讨论

3.1 不同接种量的产酶情况

通过不同接种量接种于固态产酶进行了研究，从图可以看出水质素过氧化物酶随着接种量的增加而增加。

图 接种量对产酶的影响

3.2 不同发酵时间的酶活变化

木质素过氧化物酶在培养的前面几天产酶量在逐渐升高，在第9天达到产酶高峰，能够达到240u/kg，但是第10天产酶迅速降低，这是由于随着菌种的生长，其活力下降，产酶效果不断衰落。

图 不同培养时间对产酶的影响

3.3 不同液固比对产酶的影响

图 不同液固比对产酶的影响

随着固液比的增加，木质素过氧化物酶和锰过氧化物酶的活性都呈现出上升的趋势，当液固比达到5:1后，其酶活增长趋势缓和。

3.4 纤维素酶酶解时间实验

以稀酸水解后的秸秆为原料，纤维素酶酶水解糖产率在4～24h内增长迅速，24h后产率变化趋于平缓，故酶解时间取24h为宜。

图 纤维素酶解曲线

3.5 接种量对发酵乙醇产率的影响

随着接种量的增加，乙醇产率逐渐升高，在接种量为15%时最高，之后略有下降趋势。

图 接种量对发酵乙醇产率的影响

3.6 不同发酵时间对乙醇产率的影响

随着发酵时间的延长，在4天时达到最高，之后处于延缓水平，随着酵母代谢生成的乙醇和其他产物浓度的增高，代谢产物对酵母的抑制作用将越来越大。

图 发酵时间对乙醇产率的影响

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