[发明专利]一种富碳微藻固体酸糖化发酵制备燃料乙醇的方法

说明书

技术领域

本发明涉及生物能源制备的技术领域，特别是涉及一种利用微藻糖化发酵制备成乙醇燃料的工艺方法。

背景技术

可再生生物能源在当前的能源领域中显得越来越重要，而生物乙醇占有举足轻重的地位，如今化石液态燃料价格不断上涨，世界各国都需要生物乙醇来补充能源缺口，研究者们也都致力于开发生物乙醇的大规模生产工艺。目前世界上两个最大的生物乙醇生产国美国和巴西，都是以粮食作物为原料。世界各地的生物乙醇生产大多数以粮食作物为原料，需要占用大量耕地，而且粮食的消耗还会刺激食品价格上涨，带来诸多环境和经济问题。而第二代生物乙醇，即纤维素乙醇也面临着很多难以突破的障碍。开发以非粮作物作为原料的廉价生物乙醇是可再生能源领域一个备受关注的话题。

微藻作为单细胞或者简单多细胞光合微生物，广泛分布于各种环境中，能通过光合作用将太阳能、H₂O、大气中的CO₂转化为碳水化合物，存储于微藻生物质内。微藻的生长以大气中CO₂为主要碳源，每生产1kg微藻生物质，可以固定1.83kg的CO₂。为提高微藻的生长速率，减少温室气体的排放，人们通常利用工业废气(如烟道气、小苏打厂尾气等)中的CO₂作为碳源。还有研究者们将微藻培养与废水处理结合起来，利用废水中富含氮、磷等元素的特点，在生产微藻生物质的同时处理废水。从80年代开始，在美国能源部的“水生物种计划”支持下，利用微藻生产燃料逐步成为全世界的研究热点并一直延续至今。近些年来，利用微藻制备乙醇，成为世界各研究机构、能源科技公司都研究的热点。

微藻与传统的制备生物乙醇的原料相比，具有资源更丰富、更易获得等优势。微藻有营养吸收快、光合效率高、生长迅速等特点。陆生植物的光合效率一般都低于0.5％，但微藻的光合效率最高可达10％。高效的光合效率使得微藻细胞的生长周期缩短，其生物质倍增时间平均为2—5天，而某些藻类仅为6个小时，能够在短时间内产生大量微藻生物质。通过人工控制条件，微藻养殖可以全年进行，大大提高了经济性,表明微藻在作为燃料乙醇原料方面具有很大优势。

微藻乙醇的原料是微藻生物质中的碳水化合物，主要包括淀粉、纤维素、半纤维素等。许多藻类如小球藻、衣藻、栅藻、螺旋藻等含有大量的纤维素和淀粉，有些微藻淀粉含量可与玉米、小麦等其它乙醇原料媲美。另外与其它木质纤维素植物相比，微藻细胞内木质素和半纤维素含量更低，而且与植物中的纤维素Iβ不同，微藻细胞内为纤维素Iα，其氢键较弱，更易被降解为单糖。

发明内容

本发明提供一种富碳微藻固体酸糖化发酵制备燃料乙醇的方法，

本发明技术方案是：以富含碳水化合物微藻为原料，在固体酸作为催化剂的条件下，将经过离心浓缩的微藻培养液置用高温液体水方法处理，然后发酵制备生产乙醇。

本发明方法具体包括以下几个步骤：

(1)将经过离心浓缩的微藻培养液置于高温液态水处理装置中，加入水和固体酸，在温度为100℃—140℃下水解1-3小时；微藻干重和水的比例为1:5—1:50；加入的固体酸与微藻干重的比例为1:10—1:50；

(2)过滤并回收固体酸，将过滤后的微藻液用树脂吸附处理，在吸附处理后的微藻液中按每升微藻液加入0.5g(NH₄)₂HPO₄、0.025g MgSO₄·7H₂O、1.0g酵母膏，加入Na₂HPO₄-柠檬酸缓冲液，调节反应体系的pH为4.5-5.5；

(3)向步骤(2)所得的反应体系加入纤维素酶20-40FPU/g底物酶量，50℃预水解12-24h；

(4)按5％(v/v)的接种量将酵母接种至反应体系中，30℃发酵60-120h，得到产物乙醇。

具体地，所述步骤(1)中的固体酸为生物质碳基固体酸碳基固体酸催化剂。所述碳基固体酸催化剂的合成方法如下：使用蔗糖、葡萄糖、淀粉等物质在温度180℃碳化制备碳架载体，再在100℃温度下通过磺酸化反应得到碳基固体酸催化剂。使用碳基固体酸催化剂可以避免酸腐蚀及产生大量的废水等不利环境因素，能够大降低生产所需成本。