生物能源技術(shù)

關(guān)于生物能源技術(shù)能源問題1973年，世界第一次能源危機。能源緊張已經(jīng)是全球面臨的關(guān)鍵性難題之一，解決能源危機關(guān)系到全球經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。第一節(jié)能源概況化石燃料，有限能源（枯竭）第2頁,共82頁，2024年2月25日，星期天能源是可從其獲得熱、光和動力之類能量的資源。能源的概念——

《科學(xué)技術(shù)百科全書》

確切而簡單地說，能源是自然界中能為人類提供某種形式能量的物質(zhì)資源。第3頁,共82頁，2024年2月25日，星期天第一部分：生物能源概況生物能源是用生物質(zhì)為原料生產(chǎn)的能源。包括生物燃料乙醇、生物柴油、生物氫氣、生物沼氣及生物氣化和液化等產(chǎn)生的能源產(chǎn)品。

第4頁,共82頁，2024年2月25日，星期天鉆木取火、伐薪燒炭第一代生物能源第二代生物能源生物能源的發(fā)展歷史

第5頁,共82頁，2024年2月25日，星期天生物能源的地位與作用

生物能源是人類賴以生存的重要能源，居于世界能源消費的第四位。

生物能源是一種可再生的清潔能源

，將來會成為支柱能源之一。世界生物能源消費：約15％。

第6頁,共82頁，2024年2月25日，星期天生物質(zhì)與生物質(zhì)能

生物質(zhì)是各種生命體產(chǎn)生或構(gòu)成生命體的有機質(zhì)的總稱。是指有機物中除化石燃料外的所有來源于動、植物能再生的物質(zhì)。它是由有生命的組織及其衍生物和與生物轉(zhuǎn)化有關(guān)的物質(zhì)構(gòu)成的集合，是由光合作用產(chǎn)生的有機物。

第7頁,共82頁，2024年2月25日，星期天生物質(zhì)能

生物質(zhì)能是蘊藏在生物質(zhì)中的能量，是指直接或間接地通過綠色植物的光合作用，把太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能后固定和貯藏在生物體內(nèi)的能量。

其化學(xué)反應(yīng)式：

6CO2+6H2O→6O2+C6H12O6+1840kJ/mol

第8頁,共82頁，2024年2月25日，星期天直接燃燒：農(nóng)作物秸稈柴熱化學(xué)轉(zhuǎn)換：在一定的溫度和條件下，使生物質(zhì)汽化、炭化、熱解和催化液化，以生產(chǎn)氣態(tài)燃料、液態(tài)燃料和化學(xué)物質(zhì)的技術(shù)。生物質(zhì)的生物化學(xué)轉(zhuǎn)換

沼氣轉(zhuǎn)化：有機物質(zhì)在厭氧環(huán)境中，通過微生物發(fā)酵產(chǎn)生一種以甲烷為主要成分的可燃性混合氣體即沼氣。

乙醇轉(zhuǎn)換：是利用糖質(zhì)、淀粉和纖維素等原料經(jīng)發(fā)酵制成乙醇。其他轉(zhuǎn)換生物質(zhì)能生物制氫

生物質(zhì)能的利用主要有直接燃燒、熱化學(xué)轉(zhuǎn)換和生物化學(xué)轉(zhuǎn)換等3種途徑。第9頁,共82頁，2024年2月25日，星期天生物質(zhì)的分類城市垃圾b)有機廢水

c)糞便

d)林業(yè)生物質(zhì)e)農(nóng)業(yè)廢棄物f)水生植物

g)能源植物第10頁,共82頁，2024年2月25日，星期天生物質(zhì)能的優(yōu)點

a)可再生性

b)低污染性

c)廣泛分布性

d)生物質(zhì)燃料總量十分豐富。第11頁,共82頁，2024年2月25日，星期天1、中國：96年的薪柴、秸稈的消耗量已達(dá)2.2億噸標(biāo)準(zhǔn)煤,約占能源消費量的14％，占農(nóng)村能源消耗量的34％，占農(nóng)村生活用能的59％。（1）省柴節(jié)煤爐灶，（2）沼氣（有機物、垃圾填埋發(fā)電）；（3）薪炭林，（4）畜禽場、秸稈沼氣。生物質(zhì)能分布狀況第12頁,共82頁，2024年2月25日，星期天中國生物質(zhì)能資源分布第13頁,共82頁，2024年2月25日，星期天3、世界：美國、瑞典、奧地利，生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化率4％、16％和10％。美國生物質(zhì)能發(fā)電超10000兆瓦，濕法處理垃圾，回收沼氣發(fā)電生產(chǎn)肥料。巴西是開發(fā)乙醇燃料占汽車燃料的50％以上。美國1兆瓦的稻殼纖維素廢料發(fā)電。巴西每年用甘蔗生產(chǎn)的燃料乙醇產(chǎn)量達(dá)1400萬噸，成為世界上第一個不銷售純汽油的國家。2、亞非國家：生物質(zhì)能占全國能源消費總量的40％以上。第14頁,共82頁，2024年2月25日，星期天國外生物能源的開發(fā)利用日本的陽光計劃。印度的綠色能源工程巴西的酒精能源計劃第15頁,共82頁，2024年2月25日，星期天50年代推廣沼氣。本世紀(jì)初發(fā)展燃料乙醇。2005年，《中華人民共和國可再生能源法》通過。2006年至今，投入生物質(zhì)能源產(chǎn)業(yè)開發(fā)。速度慢，規(guī)模??；成本高！“不與民爭糧、不與糧爭地”中國生物能源的開發(fā)利用第16頁,共82頁，2024年2月25日，星期天農(nóng)作物廢棄物發(fā)電廠第17頁,共82頁，2024年2月25日，星期天1.生物柴油2.生物乙醇3.生物沼氣4.生物制氫生物能源的主要技術(shù)第18頁,共82頁，2024年2月25日，星期天生物柴油生物柴油是利用生物酶將植物油或其他油脂分解后得到的液體燃料，作為柴油的替代品更加環(huán)保。生物柴油所遇到的問題是作為原料的植物油成本較高。最近，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，一些微生物也能合成油脂，這也許可以為克服生物柴油的原料問題起到重要作用。第19頁,共82頁，2024年2月25日，星期天生物乙醇燃料乙醇是目前世界上生產(chǎn)規(guī)模最大的生物能源。以一定的比例摻入汽油可作為汽車的燃料，不但能替代部分汽油，而且排放的尾氣更清潔。我國的燃料乙醇生產(chǎn)已形成規(guī)模，主要是以玉米為原料，同時正在積極開發(fā)甜高粱、薯類、秸稈等其他原料生產(chǎn)乙醇，目前產(chǎn)量居世界第三。第20頁,共82頁，2024年2月25日，星期天生物沼氣沼氣是微生物發(fā)酵秸稈、禽畜糞等有機物產(chǎn)生的混合氣體，主要成分是可燃的甲烷。生產(chǎn)沼氣的設(shè)備簡單，方法簡易，適合在農(nóng)村推廣使用。我國已有許多地方的農(nóng)村和畜牧場使用了沼氣。沼氣的推廣使用節(jié)約了資源，保護了環(huán)境，也提高了農(nóng)民的生活質(zhì)量。目前，沼氣的規(guī)?；a(chǎn)需要解決的是設(shè)備及提高甲烷含量等技術(shù)問題。第21頁,共82頁，2024年2月25日，星期天生物制氫氫氣的燃燒產(chǎn)物只有水，因此氫氣是最清潔的能源。氫氣可以利用生物質(zhì)通過微生物發(fā)酵得到，這一過程被稱為生物制氫。目前我國科學(xué)家已獲得了能高效產(chǎn)氫的微生物，哈工大生物制氫技術(shù)領(lǐng)先世界（厭氧活性污泥為產(chǎn)氫菌種的發(fā)酵法生物制氫技術(shù)）。

第22頁,共82頁，2024年2月25日，星期天生物能源在能源體系中處于何種地位？生物能源技術(shù)主要有哪幾大類？思考題第23頁,共82頁，2024年2月25日，星期天第二部分：生物柴油技術(shù)第24頁,共82頁，2024年2月25日，星期天背景(background)過去的200多年，建立在煤炭、石油、天然氣等化石燃料基礎(chǔ)上的能源體系極大地推動了人類社會的發(fā)展；大規(guī)模使用化石燃料所帶來的嚴(yán)重后果：資源日益枯竭，環(huán)境不斷惡化，還誘發(fā)了不少國與國之間、地區(qū)之間的政治經(jīng)濟糾紛，甚至沖突和戰(zhàn)爭；人類必須尋求一種新的、清潔的、安全的、可靠的能源系統(tǒng)。生物能源作為一類可再生、可持續(xù)的能源成為當(dāng)今國際上新能源開發(fā)的熱點。第25頁,共82頁，2024年2月25日，星期天主要參考書目可再生能源可持續(xù)能源清潔/綠色能源第26頁,共82頁，2024年2月25日，星期天第一節(jié)生物柴油概述生物柴油的發(fā)展歷史生物柴油的制備方法生物柴油研究利用現(xiàn)狀生物柴油與國家能源的安全第27頁,共82頁，2024年2月25日，星期天生物柴油的發(fā)展歷史1896年，RudolphDiesel試制出壓力點火內(nèi)燃機——柴油機，驅(qū)動燃料為花生油，這也被認(rèn)為是最初意義上的生物柴油。1912年，R.Diesel預(yù)言植物油將成為一個新的能源方向。植物油的分子量大、碳鏈長、黏度高、低溫性差、不易霧化、易炭化結(jié)焦、堵塞油噴嘴，制造成本高。第28頁,共82頁，2024年2月25日，星期天驅(qū)動燃料的發(fā)展廉價的液體能源―石油，成為主流能源，石化柴油被用于發(fā)動機驅(qū)動燃料。石化柴油大量使用帶來了許多問題，如石化柴油含有的許多有害物質(zhì)，如多環(huán)芳烴、硫化物，通過燃燒后直接排入大氣，危害人類生存環(huán)境；石化能源是不可再生的，因而面臨著能源終將枯竭等問題。第29頁,共82頁，2024年2月25日，星期天1980年美國開始研究用豆油代替柴油；狹義定義

1983年CrahamQuick首先將亞麻子油的甲酯用于發(fā)動機，并將可再生的脂肪酸甲酯定義為生物柴油“Biodiesel”；1984年脂肪酸甲酯或乙酯用于代替柴油燃料；第30頁,共82頁，2024年2月25日，星期天廣義定義生物柴油是指以油料作物、野生油料植物和工程微藻等水生植物油脂，以及動物油脂、廢餐飲油等為原料通過酯交換工藝制成的甲酯或乙酯燃料，這種燃料可供內(nèi)燃機使用。第31頁,共82頁，2024年2月25日，星期天BXX含義?第32頁,共82頁，2024年2月25日，星期天生物柴油技術(shù)是指利用植物油、廢機油、輪胎油、地溝油、動植物油、酸化油、脂肪酸、毛油、焦化一線油、二線油、廢塑料油、廢橡膠油經(jīng)精制成生物柴油的技術(shù)。生物柴油成為新經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)的亮點的表現(xiàn):

(1)戰(zhàn)略高度；(2)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)；

(3)政府補貼；(4)生產(chǎn)規(guī)模。

第33頁,共82頁，2024年2月25日，星期天稀釋：利用石化柴油來稀釋植物油；微乳化法：利用乳化劑降低植物油黏度；熱解法：高溫將高分子變成簡單分子；酯交換：是利用甲醇、乙醇將植物油中的甘油三酸酯中的甘油取代下來，形成長鏈的脂肪酸甲酯，從而降低碳鏈的長度；生物技術(shù)方法：利用脂肪酶將長鏈的高分子降解成短鏈的碳?xì)浠衔?。生物柴油制備方法?4頁,共82頁，2024年2月25日，星期天生物柴油生產(chǎn)及消費循環(huán)第35頁,共82頁，2024年2月25日，星期天歐洲和美國生物柴油用量預(yù)計到2011年，歐盟的生物柴油用量將達(dá)990萬噸德國、法國及意大利在生物柴油生產(chǎn)方面均處于前列根據(jù)美國國家生物柴油委員會的數(shù)據(jù)，目前有65家公司投資于生物柴油生產(chǎn)及營銷預(yù)計到2007年，生物柴油年用量將達(dá)到約130萬噸(千噸)(千噸)資料來源:Frost&Sullivan。資料來源:美國國家生物柴油委員會。歐盟生物柴油用量美國生物柴油用量第36頁,共82頁，2024年2月25日，星期天生物柴油在其他國家巴西

巴西建了一個日處理10噸油料的生物柴油的生產(chǎn)線，巴西科技部制訂的目標(biāo)是，2005年的加入比為5%，至2020年達(dá)到20%。加拿大

加拿大是用蔗渣為原料制取生物柴油。日本

日本1995年開始研究生物柴油，用煎炸油、復(fù)循環(huán)烹飪油、廢棄食用油為原料生產(chǎn)生物柴油。印度

印度目前柴油消耗量約有500億升，其產(chǎn)生的污染一直是個大問題。印度的生物燃料產(chǎn)業(yè)剛剛起步。第37頁,共82頁，2024年2月25日，星期天韓國韓國目前有年生產(chǎn)能力2O萬噸的生物柴油生產(chǎn)廠；馬來西亞馬來西亞采用棕櫚油和廢油也生產(chǎn)出了生物柴油，但整個國家的用量不大。印度尼西亞利用棕櫚油生產(chǎn)生物柴油。新西蘭新西蘭利用肉聯(lián)廠的副產(chǎn)品油脂為原料制取生物柴油。西班牙西班牙在巴塞羅那擁有一年產(chǎn)5萬噸的生物柴油工廠。第38頁,共82頁，2024年2月25日，星期天第二節(jié)生物柴油原料第39頁,共82頁，2024年2月25日，星期天生物柴油原料資源種類植物油脂

草本、本本、水生油料植物油動物油脂廢棄食用油第40頁,共82頁，2024年2月25日，星期天世界生物柴油生產(chǎn)原料構(gòu)成圖第41頁,共82頁，2024年2月25日，星期天生物柴油原料資源能源植物種的選擇，富油植物的引種栽培、遺傳改良，建立“柴油林林場”；發(fā)達(dá)國家用于生產(chǎn)生物柴油的原料：大豆（美國）油菜籽（歐共體國家）棕櫚油（東南亞國家）第42頁,共82頁，2024年2月25日，星期天油料植物油料作物，是大規(guī)模栽培的農(nóng)作物或木本油料，是我國目前發(fā)展生物柴油的主要原料；油脂植物，是處于野生狀態(tài)或半野生狀態(tài)有一定含量（10%以上）的植物。第43頁,共82頁，2024年2月25日，星期天石油植物1986年，美國卡爾文博士發(fā)現(xiàn)一種名為“三葉橡膠樹”的高大常綠喬木膠汁中的化學(xué)成分與柴油十分相似，大戟（jǐ）科橡膠樹屬高大喬木。又名巴西橡膠樹、三葉橡膠樹,俗稱膠樹。所分泌膠乳的加工品橡膠,是重要的工業(yè)原料。第44頁,共82頁，2024年2月25日，星期天除“三葉橡膠樹”以外，科學(xué)家們還發(fā)現(xiàn)300多種灌木、400多種花卉植物都含有一定比例的“石油”?！笆椭参铩敝饕性趭A竹桃科、大戟科、蘿摩科、菊科、桃金娘科以及豆科植物中。折斷這些植物的莖葉，可從傷口看見有乳白色或黃褐色液體流淌出來，這些液體中便含有與石油成分相似的碳?xì)浠衔?，值得特別強調(diào)的是這些植物種子油經(jīng)過轉(zhuǎn)化加工后可得生物柴油。第45頁,共82頁，2024年2月25日，星期天中國油料植物現(xiàn)狀中國現(xiàn)已查明的油料植物(種子植物)種類為151科697屬1554種，其中種子含油量在40%以上的植物為154種；分布廣、適應(yīng)性強、可用作建立規(guī)?；锊裼驮匣氐膯坦嗄痉N不足10種；分布集中成片可建作原料基地，并能利用荒山、沙地等宜林地進行造林建立起規(guī)?；牧挤N供應(yīng)基地的生物柴油木本植物僅幾種，如：漆樹科的黃連木，大戟科的麻瘋樹，山茱萸科的光皮樹等。第46頁,共82頁，2024年2月25日，星期天草本植物油油菜籽油/大豆油/花生油/向日葵油/糠油（米糠油）/玉米油/亞麻籽油第47頁,共82頁，2024年2月25日，星期天木本植物油油棕(Elaeisguinensis)

椰子(Cocosnucifera)

油棕，英文名Oilpalm，棕櫚科，原產(chǎn)熱帶非洲。我國海南、云南省有引種，果實榨油，精煉后食用和工業(yè)用；椰子，英文名Coconutpalm，棕櫚科，一說原產(chǎn)中美洲，一說原產(chǎn)東南亞。我國海省有商業(yè)性種植，是熱帶景觀樹，果鮮食用或加工椰汁(奶)、椰油；油茶，

山茶科，

灌木，種子含油30%，重要油脂植物，兼觀賞植物。長江以南廣為栽培或野生，資源豐富。

油茶(Camelliaoleifera)第48頁,共82頁，2024年2月25日，星期天中國現(xiàn)有木本油料林600多萬公頃，主要油料樹種果實年產(chǎn)量在200萬噸以上，其中不少是可以轉(zhuǎn)化為生物柴油的原料。以下幾種是最重要的物種：第49頁,共82頁，2024年2月25日，星期天麻瘋樹麻瘋樹，科名：大戟科Euphorbiaceae，別名：小桐子，青銅木，千年樹等。它原產(chǎn)美洲，現(xiàn)廣泛分布于亞熱帶及干熱河谷地區(qū)。麻風(fēng)樹是目前已知最速生的高效樹種之一。麻瘋樹林3年可掛果投產(chǎn)、5年進入盛果期。果實采摘期長達(dá)50年，果實的含油率為60～80%，麻瘋樹的干果產(chǎn)量為300～800kg/畝，平均產(chǎn)量約660kg/畝。麻風(fēng)樹品種果仁出油率平均高達(dá)64．45%，每畝可提取精品柴油175公斤左右。麻瘋樹籽粒含油率高，被生物質(zhì)能源研究專家稱之為“黃金樹”、“柴油樹”。１２３第50頁,共82頁，2024年2月25日，星期天光皮樹光皮樹為山茱萸科木屬落葉喬木，是一種理想的多用途油料樹種。光皮樹廣泛分布于黃河以南地區(qū),集中分布于長江流域至西南各地的石灰?guī)r區(qū),垂直分布在海拔1000米以下。光皮樹油有兩大突出特點:一是光皮樹全果含油酸和亞油酸高達(dá)77.68%(其中油酸38.3%、亞油酸38.85%)，所生產(chǎn)的生物柴油理化性質(zhì)優(yōu)(如冷凝點和冷濾點)；二是利用果實作為原料直接加工(冷榨或浸提)制取原料油，加工成本低廉，得油率高。第51頁,共82頁，2024年2月25日，星期天文冠果樹文冠果，無患子科。落葉小喬木。我國特有的優(yōu)良木本油料樹種。文冠果種子含油量為35%～40%，種仁含油量為72%。自然分布于陜西、山西、河北、內(nèi)蒙古、寧夏、甘肅、河南等地

第52頁,共82頁，2024年2月25日，星期天黃連木黃連木漆樹科別名爛心木落葉性喬木,高15-25公尺。陽性樹,生長速度中等。原產(chǎn)我國,以河北、河南、山西、陜西等省最多。種子富含油脂，含油率高達(dá)42.5％，是一種木本油料樹種。近年來隨著生物柴油技術(shù)的發(fā)展，黃連木被喻為“石油植物新秀”，已引起人們的極大關(guān)注。第53頁,共82頁，2024年2月25日，星期天綠玉樹別名：光棍樹、光枝樹科屬：大戟科、大戟屬

原產(chǎn)非洲。直立灌木或小喬木。枝肉質(zhì)，圓柱狀，綠色，簇生或散生。葉缺少或僅有數(shù)枚散生，線狀，矩圓形。蒴果暗褐色，被毛。

在南方溫暖地帶可以露地栽培，在長江流域及其以北地區(qū)要在溫室培養(yǎng)。一般是冬季在溫室、夏季在露天培養(yǎng)。

第54頁,共82頁，2024年2月25日，星期天動物油脂牛羊油豬油水產(chǎn)油脂第55頁,共82頁，2024年2月25日，星期天廢棄食用油脂我國每年產(chǎn)生廢油400—800萬噸，包括:煎炸食品后留下的煎炸廢油；從剩飯菜中經(jīng)油水分離得到的油脂（潲、泔水油）；餐具洗滌過程中流入下水道中的油品（地溝油）；油脂加工企業(yè)產(chǎn)生的酸油以及造酒行業(yè)產(chǎn)生的酒糟油等。

第56頁,共82頁，2024年2月25日，星期天生物柴油原料選擇選擇指標(biāo)含油率；產(chǎn)量；采集、提取和加工的難易程度；必須適合我國國情

山地多，耕地少，要充分利用發(fā)揮山地資源優(yōu)勢，大力地規(guī)模栽培木本油料植物。第57頁,共82頁，2024年2月25日，星期天生物柴油的原料發(fā)展戰(zhàn)略短期目標(biāo)主要利用一年生草本作物如油菜、大豆。它們種植一年即可收獲，其油性成分經(jīng)榨取、提純、改性后，再用于制取生物柴油。中長期目標(biāo)對于大多數(shù)油料木本植物而言，生長結(jié)實的周期長，要采集其果實、種子或其他器官制取生物柴油，需要的時間也較長。２－３年可收獲：麻瘋樹，續(xù)隨子，桉樹，沉水樟。３－５年可收獲：光皮樹，黃連木等。第58頁,共82頁，2024年2月25日，星期天第二節(jié)生物乙醇概述生物乙醇是指通過微生物的發(fā)酵將各種生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為燃料酒精。它可以單獨或與汽油混配制成乙醇汽油作為汽車燃料。第59頁,共82頁，2024年2月25日，星期天作用汽油摻乙醇有兩個作用：一是乙醇辛烷值高達(dá)115，可以取代污染環(huán)境的含鉛添加劑來改善汽油的防爆性能；二是乙醇含氧量高，可以改善燃燒，減少發(fā)動機內(nèi)的碳沉淀和-氧化碳等不完全燃燒污染物排放。同體積的生物乙醇汽油和汽油相比，燃燒熱值低30％左右，但因為只摻入10％，熱值減少不顯著，而且不需要改造發(fā)動機就可以使用。

第60頁,共82頁，2024年2月25日，星期天發(fā)展現(xiàn)狀美國和歐洲不約而同地都選擇生物燃料乙醇作為主要的替代運輸燃料，并制訂了雄心勃勃的開發(fā)計劃。2007年1月，美國總統(tǒng)布什在《國情咨文》中宣稱，美國計劃在今后10年中將其國內(nèi)的汽油消費量減少20%，其中15%通過使用替代燃料實現(xiàn)，計劃到2017年燃料乙醇的年使用量達(dá)到1325億升，是目前年使用量的7倍。2007年3月，歐盟27國出臺了新的共同能源政策，計劃到2020年實現(xiàn)生物燃料乙醇使用量占車用燃料的10%。第61頁,共82頁，2024年2月25日，星期天中國開發(fā)生物燃料乙醇的熱潮也在近兩年驟然升溫。2005年，中國生產(chǎn)燃料乙醇125萬噸，2006年增長到133萬噸。中國燃料乙醇的消費量已占汽油消費量的20%左右，成為繼巴西、美國之后第三大生物燃料乙醇生產(chǎn)國和消費國。第62頁,共82頁，2024年2月25日，星期天在美國使用的是E85乙醇汽油，即85%的乙醇和15%的汽油混合作為燃料，而美國是用甘蔗和玉米來生產(chǎn)乙醇的，這種E85汽油的價格與性能與常規(guī)汽油相似。美國有300萬輛車是既可以用汽油也可以用E85，而且通用汽車公司還在大量生產(chǎn)這種使用兩類燃料的汽車。現(xiàn)在，美國每年要消耗30億加侖的乙醇添加到汽油中。如今E85已占乙醇燃料的85%，也正在受到公眾的喜愛。然而，這似乎還不夠。為了節(jié)能和環(huán)保，2005年6月28日美國參議院還通過了一項能源法案，要求到2012年，每年石油供應(yīng)商應(yīng)當(dāng)添加80億加侖的乙醇到汽油中。第63頁,共82頁，2024年2月25日，星期天未來發(fā)展目前的工業(yè)化生產(chǎn)的燃料乙醇絕大多數(shù)是以糧食作物為原料的，從長遠(yuǎn)來看具有規(guī)模限制和不可持續(xù)性。以木質(zhì)纖維素為原料的第二代生物燃料乙醇是決定未來大規(guī)模替代石油的關(guān)鍵。第64頁,共82頁，2024年2月25日，星期天美國能源部預(yù)計纖維素燃料乙醇可能在2012年左右即可取得重要突破。歐洲的一些研究機構(gòu)則認(rèn)為大約在2015－2020年，此外還有一些研究機構(gòu)認(rèn)為則有可能在2025年之后纖維素燃料乙醇才能進入規(guī)模生產(chǎn)和市場應(yīng)用階段。第65頁,共82頁，2024年2月25日，星期天中國在纖維素酶生產(chǎn)技術(shù)、戊糖發(fā)酵菌株構(gòu)建等方面還沒有取得根本性突破。目前各單位中試研究的每噸纖維素乙醇的原料消耗都在6噸以上，生產(chǎn)成本估算都在5000-6500元／噸乙醇以上，還不適合于工業(yè)化生產(chǎn)。

理性估算，中國的纖維素乙醇形成規(guī)模化生產(chǎn)至少還要3-4年以上研究。（河南天冠、安徽豐原等公司的纖維素燃料乙醇的研發(fā)和示范走在全國前列。）第66頁,共82頁，2024年2月25日，星期天應(yīng)用目前世界上已有40多個國家，不同程度應(yīng)用乙醇汽車，有的已達(dá)到較大規(guī)模的推廣，乙醇汽車的地位日益提升。乙醇汽車的燃料應(yīng)用方式：

1、摻燒，指乙醇和汽油摻合應(yīng)用。在混合燃料中，乙醇和容積比例以“E”表示，如乙醇占10%，15%，則用E10，E15來表示，目前，摻燒占乙醇汽車占主要地位。2、純燒，即單燒乙醇，可用E100%表示，目前應(yīng)用并不多，屬于試行階段；3、變性燃料乙醇，指乙醇脫水后，再添加變性劑而生成的乙醇，這也是屬于試驗應(yīng)用階步；四、靈活燃料，指燃料既可用汽油，又可以使用乙醇或甲醇與汽油比例混合的燃料，還可以用氫氣，并隨時可以切換。如福特，豐田汽車均在試驗靈活燃料汽車（FFV）第67頁,共82頁，2024年2月25日，星期天全球現(xiàn)在使用生物乙醇MTBE，通常以5-15%的混合量在不需要修改/替換現(xiàn)有汽車引擎的狀況下加入；有些時候生物乙醇ETBE也以替代鉛的方式加入汽油中，以提高辛烷值而得到較潔凈的汽油；也可以完全替代汽油使用為輸送燃料。

第68頁,共82頁，2024年2月25日，星期天第三節(jié)生物沼氣概述沼氣，顧名思義就是沼澤里的氣體。人們經(jīng)?？吹?，在沼澤地、污水溝或糞池里，有氣泡冒出來，如果我們劃著火柴，可把它點燃，這就是自然界天然發(fā)生的沼氣。生物沼氣:是各種有機物質(zhì)，在隔絕空氣（還原條件），并必適宜的溫度、濕度下，經(jīng)過微生物的發(fā)酵作用產(chǎn)生的一種可燃燒氣體。第69頁,共82頁，2024年2月25日，星期天發(fā)酵原理利用微生物代謝作用來生產(chǎn)各種產(chǎn)品的工藝過程稱為發(fā)酵。沼氣發(fā)酵又稱為厭氧消化、厭氧發(fā)酵和甲烷發(fā)酵，是指有機物質(zhì)（如人畜家禽糞便、秸稈、雜草等）在一定的水分、溫度和厭氧條件下，通過種類繁多、數(shù)量巨大、且功能不同的各類微生物的分解代謝，最終形成甲烷和二氧化碳等混合性氣體（沼氣）的復(fù)雜的生物化學(xué)過程。沼氣發(fā)酵是一個復(fù)雜的微生物學(xué)過程，只有有了大量的沼氣微生物，并使各種類群的微生物得到最佳的生長條件，各種有機物原料才會在微生物的作用下轉(zhuǎn)化為沼氣。

第70頁,共82頁，2024年2月25日，星期天第71頁,共82頁，2024年2月25日，星期天第72頁,共82頁，2024年2月25日，星期天發(fā)酵為生物種類沼氣發(fā)酵微生物是一個統(tǒng)稱，包括發(fā)酵性細(xì)菌、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌、耗氫產(chǎn)乙酸菌、食氫產(chǎn)甲烷菌、食乙酸產(chǎn)甲烷菌五大類群。前三類群細(xì)菌的活動可使有機物形成各種有機酸統(tǒng)稱為不產(chǎn)甲烷菌；后二類群細(xì)菌的活動可使各種有機酸轉(zhuǎn)化成甲烷統(tǒng)稱為產(chǎn)甲烷菌。

微生物按照各自的營養(yǎng)需要，起著不同的物質(zhì)轉(zhuǎn)化作用。從復(fù)雜有機物的降解，到甲烷的形成，就是由它們分工合作和相互作用而完成的。在沼氣發(fā)酵過程中，五大類群細(xì)菌構(gòu)成一條食物鏈。從各群細(xì)菌的生理代謝產(chǎn)物或它們的活動對發(fā)酵液pH值的影響來看，沼氣發(fā)酵過程可分為水解、產(chǎn)酸和產(chǎn)甲烷階段。第73頁,共82頁，2024年2月25日，星期天1.不產(chǎn)甲烷菌

不產(chǎn)甲烷菌能將復(fù)雜的大分子有機物變成簡單的小分子量的物質(zhì)。它們的種類繁多，根據(jù)作用基質(zhì)來分，有纖維分解菌、半纖維分解菌、淀粉分解菌、蛋白質(zhì)分解菌、脂肪分解菌和一些特殊的細(xì)菌，如產(chǎn)氫菌、產(chǎn)乙酸菌等。

2.產(chǎn)甲烷菌

產(chǎn)甲烷菌是沼氣發(fā)酵的主要成分--甲烷的產(chǎn)生者。是沼氣發(fā)酵微生物的核心，它們嚴(yán)格厭氧，對氧和氧化劑非常敏感，最適宜的pH值范圍為中性或微堿性。它們依靠二氧化碳和