[发明专利]一种木质纤维素材料的全资源化生物利用工艺

说明书

技术领域：

本发明属于生物化工领域，涉及一种木质纤维素材料的生物利用工艺，尤其是一种木质纤维素材料的全资源化生物利用工艺。

背景技术：

1896年,亨利·福特制造的第一辆汽车就设计成以乙醇为燃料。只是由于长期以来乙醇的价格比汽油高,才没有被广泛使用。作为替代汽油用于内燃机的燃料乙醇,要求乙醇的浓度达到99.5%,因此将99.5%浓度的乙醇称为燃料乙醇。燃料乙醇以低比例与汽油混合,称为汽油醇,燃汽油的发动机不需改造即能以汽油醇为燃料。近年来,随着石油资源的日渐枯竭与主要产油地区的政治动荡,油价总体上节节攀升,燃料乙醇已成为一个热门话题。从政府官员、专家到普通百姓,都对燃料乙醇表示极大的关注。

20世纪70年代,国际原油价格每桶只有3美元。1973年的第四次中东战争引发能源危机,油价突破了10美元。当时巴西利用其得天独厚的资源优势,率先启动了用乙醇替代汽油的计划。经过30多年的发展,已建成了从甘蔗种植到乙醇生产、供应和燃料乙醇汽车制造的完整产业链,目前年产燃料乙醇1200万吨,大部分与汽油混合作为发动机燃料,也有小部分直接作燃料。

美国从80年代起大规模生产燃料乙醇,也已达到1000万吨的年产量。我国的燃料乙醇从20世纪末起步,发展迅速,目前产量居世界第三。国家制定了相关的汽油醇标准,已有一些省市的汽车在使用汽油醇。其他许多国家也纷纷制定了燃料乙醇的计划。

现代工业的迅速发展,大规模开发利用作为清洁能源的可再生资源显得日益重要。可再生能源进入能源市场,已成为世界各国能源战略的重要组成部分。按照欧盟规定,其成员国的可再生能源在一次能源中的比例将于2010年达到12%,2020年达到20%。美国提出,到2020年生物燃料在交通燃料中的比例达到20%;瑞典提出,2020年之后利用纤维素生产的燃料乙醇全部替代石油燃料,彻底摆脱对石油的依赖。国家发改委近日就我国生物燃料产业发展作出3个阶段的统筹安排:“十一五”实现技术产业化,“十二五”实现产业规模化,2015年以后实现大发展。预计到2020年,我国生物燃料消费量将占到全部交通燃料的15%左右,建立起具有国际竞争力的生物燃料产业。

目前较成熟的燃料乙醇的生物转化方法是以玉米为原料,但其原料成本高达总成本的70%～80%。最近各国的研究集中在以木质纤维素为原料上。木质纤维素是地球上最丰富的可再生资源,据估计木质纤维素原料占世界生物质量(100亿～500亿吨)的50%,这些丰富而廉价的自然资源可以来源于:①农业废弃物,如麦草、玉米秸秆、玉米芯、大豆渣、甘蔗渣等;②工业废弃物,如制浆和造纸厂的纤维渣、锯末等;③林业废弃物;④城市废弃物,如废纸、包装纸等。由木质纤维素生物转化成的燃料乙醇越来越引起世界各国的广泛关注。目前世界各国研究利用木质纤维素发酵生产乙醇的科研机构都围绕着这几大技术关键进行攻关。一是预处理工艺,即通过各种方法,如气爆法、湿氧化法、稀酸法或几种方法的组合,破坏秸秆中的纤维素、半纤维素与木质素的结构,使之松散,亦可使半纤维素水解;二是水解工艺,即通过酶法或酸法把上述物质中的纤维素、半纤维素水解成六碳糖和五碳糖;三是发酵工艺,选用特殊的共酵菌种对上述六碳糖和五碳糖进行发酵,生产乙醇。但是目前世界上还没有一家工业规模利用纤维质原料生产燃料乙醇的企业。其主要障碍为:①酶解成本过高;②缺乏经济可行的五碳糖发酵技术。因此,技术路线的优化组合问题、生产过程中成本降低的问题以及乙醇废糟的综合利用等问题,值得我们认真深入探讨、研究、解决。