纖維素乙醇生產(chǎn)途徑及其優(yōu)缺點(diǎn)

美國(guó)《化學(xué)技術(shù)與生物技術(shù)（Chemical Technology & Biotechnology）》雜志于2011年4月22日發(fā)布評(píng)論認(rèn)為，將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為纖維素乙醇是生物質(zhì)生產(chǎn)高辛烷值、環(huán)境友好的運(yùn)輸燃料最有效的應(yīng)用 。 　　從自然效率來(lái)看，生物質(zhì)原料在美國(guó)和全球各地產(chǎn)量豐富，它含大量氧（約占40％以上）。為了最有效地利用這種生物量，必須使整個(gè)原料轉(zhuǎn)化，包括氧。纖維素乙醇是替代的運(yùn)輸燃料，它保留了原料中絕大部分的氧。       　　基于光合成的基礎(chǔ)知識(shí)和熱力學(xué)簡(jiǎn)單法則，生物質(zhì)原料現(xiàn)成可用，并高含氧，它屬于木質(zhì)纖維材料。對(duì)于從這種原料生產(chǎn)液體燃料或化工原料，制勝戰(zhàn)略是生產(chǎn)的產(chǎn)品要能最高產(chǎn)率地使用整個(gè)原料，業(yè)已證明最有效和有廣泛用途的是生產(chǎn)乙醇。       　　乙醇與生物質(zhì)中氧的配伍性和對(duì)碳較低的需求，從而使與替代方案，如生產(chǎn)丁醇或烴類相比，生產(chǎn)乙醇可以有較高的產(chǎn)率和較高的產(chǎn)熱量（BTU/供入的每t生物質(zhì)）。乙醇的理論產(chǎn)率為51％，正丁醇和異丁醇的理論產(chǎn)率為41％，C 8辛烷烴類的理論產(chǎn)率為29.7％。       　　轉(zhuǎn)化途徑：大部分的研發(fā)都集中在生物化學(xué)途徑或熱化學(xué)途徑，均可從生物質(zhì)生產(chǎn)乙醇。生物化學(xué)途徑使用酶，使經(jīng)預(yù)處理的木質(zhì)纖維素生物質(zhì)原料轉(zhuǎn)化成糖類，糖類然后再發(fā)酵成乙醇。熱化學(xué)途徑系將生物質(zhì)原料氣化以制取合成氣，合成氣然后利用化學(xué)催化的化學(xué)反應(yīng)被轉(zhuǎn)化成乙醇。       從二種轉(zhuǎn)化途徑的缺陷來(lái)看：       　　生物化學(xué)途徑受限于昂貴的預(yù)處理需求；不能使木質(zhì)素發(fā)酵（生物質(zhì)含有20%~25％木質(zhì)素）；纖維素轉(zhuǎn)化為葡萄糖具有生物學(xué)復(fù)雜性；原料靈活性受限制。       　　熱化學(xué)途徑受限于催化劑的選擇性；通過(guò)組合放熱反應(yīng)會(huì)造成熱力學(xué)低效率，并且需采用特定的H2 :CO比例；需采用高壓（> 1000磅/平方英寸），增大了設(shè)備的復(fù)雜性和資本費(fèi)用；對(duì)雜質(zhì)具有敏感性。       　　一種新途徑也已脫颕而出。Coskata公司的轉(zhuǎn)化途徑，由氣化、合成氣發(fā)酵和分離組成，因?yàn)樗性响`活性而具吸引力；它能夠使用所有的原料；它產(chǎn)生溫室氣體少；能選擇性地生產(chǎn)乙醇；操作費(fèi)用低；投資費(fèi)用低。       　　排放和發(fā)動(dòng)機(jī)的效率：許多研究和報(bào)告業(yè)已表明，使用乙醇，可減少有害排放，如一氧化碳、揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOC）和硫氧化物。乙醇的高辛烷值使之可使用較高的壓縮比，尤其是專門使用乙醇的汽車。高的蒸發(fā)熱產(chǎn)生進(jìn)料的冷卻效果，特別是在直噴式發(fā)動(dòng)機(jī)中，這又可允許使用更高的壓縮比。這種效應(yīng)因燃料數(shù)量增多而可提升，釆用較多的燃料數(shù)量可補(bǔ)償乙醇較低的能量含量。即使當(dāng)汽車未被優(yōu)化而發(fā)揮利用乙醇屬性的某些優(yōu)勢(shì)，相對(duì)于汽油而言，使用高的乙醇混合燃料，乙醇較高的辛烷值和更快的火焰?zhèn)鞑ニ俣瓤墒鼓芰啃剩ㄊ褂萌剂厦緽TU能量的行駛英里數(shù)）提高。平均而言，2010年車型的汽車，使用E85，能量效率可提高2％。不同的制造商之間有很大的差異，例如通用汽車公司的產(chǎn)品，能量效率平均可提高3.19％。