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用来自冬裸麦、油菜和法巴豆的木质纤维素生产物乙醇和沼气的潜力

文章来源:中国新能源网 | 发布日期:2008-08-13 | 作者:陈捷 | 点击次数:

     为了满足对生物能增长的需求,几种原材料已被人们考虑。木质纤维素是地球上最丰富的有机物质,因此也是生产生物能的有前途的原材料。生产生物乙醇可用各种原料,如多种糖,淀粉和各种木质纤维素如各种作物秆,木和废物。从多种糖和淀粉生产乙醇是较为直接简单的,但从木质纤维素生产乙醇就会遇到较多的技术问题,例如需要预处理工艺等。木质纤维素物质含有纤维素和半纤维素,而这两者是被木质素连结在一起的。纤维素和半维素两者都是聚合物,由糖单体的长链构成,它们在经过预处理和水解之后,能被微生物经过发酵转化成乙醇。预处理方法有各种各样,例如湿氧化、蒸气暴裂等。预处理的目的是打开木质纤维素结构,使酶水解能够发生。在酶水解过程中,被束缚在纤维素和半纤维素的单糖被释出,并被酶发酵作用转化为乙醇。乙醇生产中最常用的微生物是麦酒酵母。在预处理过程中,形成一些抑制物,而在乙醇生产中,麦酒酵母是最能忍受抑制物的微生物之一。但是,它只能使已糖如葡萄糖和甘露粮转化为乙醇,而不能使戊糖如木糖和树胶醛糖转化,这些糖存在于作物秆的半纤维素的部分中。

    在某些工艺,替代生产生物乙醇是生产沼气。沼气主要由甲烷和二氧化碳组成,它是各种生物质经过厌氧消化后的产物,这些生物质包括城市固体垃圾有机部分,下水道污泥,工业排放物,水果蔬菜固体垃圾、叶、草、木和水中生物质等。预处理技术已被人研究过对沼气生产的作用,但并不总是被使用。沼气生产的现有预处理技术,可分为5类:对进料作碱或酸处理,预消化、热化学,超声和青贮处理,在沼气生产中,通常用7-9%的取自运行中的沼气厂、城市垃圾消化器消化过的污泥或动物粪便接种。适合生产沼气的原料有高可利用碳水化合物含量,但原料有高N含量也增加沼气产量。法巴豆是固定空气中N2的豆科植物,它的秆的N含量比裸麦和油菜的高,而油菜通常比谷物(如裸麦)有较高的N含量。

    报告发表于《Biomass&Bioemergy》的一个研究,用温氧化做预处理,做法是作为原料的植物秆悬挂在水溶液中,在有氧的条件和压力下加热。这种方法在1980年代初期被用来替代蒸气暴裂法。湿氧化方法在一些原料上(如小麦秆和玉米秆叶)被研究过。通常这方法被研究怎样用于乙醇生产,但它也曾被研究怎样从例如报纸这样的原料增加沼气产量。

    实验结果显示,当预处理的参数为:195℃,处理时间15分钟,NaCO3用量2g/L,氧气压力12巴时,预处理对用三种原料生产乙醇都是必需的,但只提高冬裸麦秆的沼气产出。油菜秆或法巴豆秆的沼气生产率或产出都不大受预处理影响。在酶水解的同时,冬裸麦秆、油菜秆和法巴豆秆被麦酒酵母发酵生成乙醇,产出率分别为理论值的66%、70%和52%。在没有经过预处理的情况下,冬裸麦秆、油菜秆和法巴豆秆的甲烷产出分别为0.36,0.42和0.44L/g(挥发性固体)。但是,沼气生产率是低的,要用50天以上才达到最终产出。可以得出结论,三种物料都可以做沼气或乙醇生产的原料,但是,要达到经济的工艺,还需要提高沼气和生产率或乙醇的产出。

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