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纤维素乙醇生产途径及其优缺点
作者:钱伯章 时间:2011-5-3 14:50:00 

美国《化学技术与生物技术(Chemical Technology & Biotechnology)》杂志于2011422日发布评论认为,将生物质转化为纤维素乙醇是生物质生产高辛烷值、环境友好的运输燃料最有效的应用 。

从自然效率来看,生物质原料在美国和全球各地产量丰富,它含大量氧(约占40%以上)。为了最有效地利用这种生物量,必须使整个原料转化,包括氧。纤维素乙醇是替代的运输燃料,它保留了原料中绝大部分的氧。

基于光合成的基础知识和热力学简单法则,生物质原料现成可用,并高含氧,它属于木质纤维材料。对于从这种原料生产液体燃料或化工原料,制胜战略是生产的产品要能最高产率地使用整个原料,业已证明最有效和有广泛用途的是生产乙醇。

乙醇与生物质中氧的配伍性和对碳较低的需求,从而使与替代方案,如生产丁醇或烃类相比,生产乙醇可以有较高的产率和较高的产热量(BTU/供入的每t生物质)。乙醇的理论产率为51%,正丁醇和异丁醇的理论产率为41%,C 8烷烃类的理论产率为29.7%。

     转化途径:大部分的研发都集中在生物化学途径或热化学途径,均可从生物质生产乙醇。生物化学途径使用酶,使经预处理的木质纤维素生物质原料转化成糖类,糖类然后再发酵成乙醇。热化学途径系将生物质原料气化以制取合成气,合成气然后利用化学催化的化学反应被转化成乙醇。

 从二种转化途径的缺陷来看:

生物化学途径受限于昂贵的预处理需求;不能使木质素发酵(生物质含有20%~25%木质素);纤维素转化为葡萄糖具有生物学复杂性;原料灵活性受限制。
热化学途径受限于催化剂的选择性;通过组合放热反应会造成热力学低效率,并且需采用特定的H2 :CO比例;需采用高压(> 1000/平方英寸),增大了设备的复杂性和资本费用;对杂质具有敏感性。

一种新途径也已脱颕而出。Coskata公司的转化途径,由气化、合成气发酵和分离组成,因为它有原料灵活性而具吸引力;它能够使用所有的原料;它产生温室气体少;能选择性地生产乙醇;操作费用低;投资费用低。

排放和发动机的效率:许多研究和报告业已表明,使用乙醇,可减少有害排放,如一氧化碳、挥发性有机化合物(VOC)和硫氧化物。乙醇的高辛烷值使之可使用较高的压缩比,尤其是专门使用乙醇的汽车。高的蒸发热产生进料的冷却效果,特别是在直喷式发动机中,这又可允许使用更高的压缩比。这种效应因燃料数量增多而可提升,釆用较多的燃料数量可补偿乙醇较低的能量含量。即使当汽车未被优化而发挥利用乙醇属性的某些优势,相对于汽油而言,使用高的乙醇混合燃料,乙醇较高的辛烷值和更快的火焰传播速度可使能量效率(使用燃料每BTU能量的行驶英里数)提高。平均而言,2010年车型的汽车,使用E85,能量效率可提高2%。不同的制造商之间有很大的差异,例如通用汽车公司的产品,能量效率平均可提高3.19%。

来源:国际能源网
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