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纤维素乙醇成本高企 甜高粱秆或率先量产
房田甜 廖斯清
　　核心提示：非粮燃料乙醇商业化生产，是触手可及的现实？还是遥不可及的梦想？意大利Mossi&Ghisolfi集团（下称M&G）将在明年给出一个答案。这家总部设...
　　非粮燃料乙醇商业化生产，是触手可及的现实？还是遥不可及的梦想？意大利Mossi&Ghisolfi集团（下称M&G）将在明年给出一个答案。这家总部设在意大利托儿托纳的跨国化学企业日前宣布，将在位于意大利西北地区的Crescentino兴建年产量为1300万加仑/年（约4万吨）的纤维素乙醇工厂。即将建成的新工厂以多种纤维素原料生成乙醇，建成后的规模将达到现有投产最大示范厂的10倍，计划于2012年投产。
　　纤维素乙醇的生产，首先要将麦秸、玉米秸秆、城市垃圾或能源作物等生物质原料制成浆状物。之后添加酶制剂，将生物质中的纤维素转化成糖，糖经过发酵后得到乙醇。
　　M&G这家新厂所需的酶制剂和优化工艺，由丹麦诺维信提供。作为全球最大的工业酶制剂供应商，它从2006年开始，就与中粮进行着类似的合作。
　　或许是受到M&G此举的激励，中粮也正筹划着在中国兴建一个5万吨的纤维素乙醇项目。“今年下半年的时候，我们应该就具有了这样产业化的能力。”中粮科学研究院生化研发中心总经理助理林海龙说。
　　同样的突破还来自于清华大学的1.5代燃料乙醇――甜高粱秆燃料乙醇技术。“马上我们要和埃塞俄比亚农业部签个协议。”清华大学核研院新能源技术研究所副所长李十中透露。
　　他表示，这项协议的内容将包括，埃方政府计划出资100万美元和200万公顷土地发展甜高粱燃料乙醇产业。“这个项目可年生产1700万吨乙醇、1200万吨高粱米和208亿度电上网。”
　　此外，李十中及其团队的1.5代燃料也有望在中国实现产业化，“我们正在和吉林省接触一个产业化项目的合作。”
　　国企的游戏？
　　“过去5年，一大批美国创业公司涌入燃料市场旨在利用各种技术，开发、增加及运作新燃料供应。”埃森哲大中华区副总裁杨葳说，“这些企业主要以风险资本和私人股本基金为后盾。”
　　但在我国，因生物燃料工业与食品安全有着密切关系，生物燃料工业的创建更多需要由政府提供指导，而非自有市场结
　　构来推动投资，民营企业以及其他的新兴公司基本上没有机会。
　　杨葳认为，“国有企业以清晰明确的激励计划为动力，在政府资助下，正在推动生物燃料工业向前发展。”据了解，目前中粮、、中石化、中海油都向纤维素乙醇市场投入了大量资金。
　　中投顾问新能源行业研究员萧函介绍，国内仅有五家企业拥有生产燃料乙醇许可证的，分别是吉林乙醇、广西中粮、、中粮肇东和河南天冠。其中中粮肇东是中粮集团的全资子公司，丰原生化是中粮集团的控股子公司，广西中粮的85%股份为中粮集团所有，剩余15%为中石化持有，吉林乙醇的20%股份为中粮集团所有。
　　针对燃料乙醇，国家主要通过免税和补贴给予支持，生产一吨燃料乙醇约可获得1000元左右的补贴。但也有观点认为，国企研发动力不足，制约了我国纤维素乙醇的技术发展。
　　“以中粮、诺维信和中石化三方合作来看，尽管中粮和中石化都表示在预处理、酶水解、发酵三个环节上拥有研发能力，但关键的酶制剂还是由丹麦公司诺维信制造。”一位业内人士表示。
　　2006年中粮在黑龙江肇东建了一个以玉米秸秆为原料、年产500吨纤维素乙醇的中试装置，初期成本高达2万元/吨。“经过五年探索后，现在中试成本降到1/3左右。”林海龙说。
　　诺维信（中国）研究发展中心高级总监吴文平在接受记者采访时则表示，在中试工厂初期2万元/吨到1万元/吨的成本下降过程中，酶的成本下降起到主导作用。
　　商业化前景待检
　　利用木质纤维素生产乙醇，原料资源丰富，潜力巨大。但过去因技术难题，国际上虽已研究二十多年，成本却一直居高不下，未实现大规模商业化量产。
　　据了解，木质纤维素结构复杂，包括纤维素（35-37%）、半纤维（23-25%）和木质素（18-22%）。秸秆、木材被自然赋予的结构是要足够密实，因为要抵抗外界的侵害才能“站得住”，所以木质素将半纤维素和纤维素紧密包裹在内部，形成紧密结构，天生可以抵御酶的“进攻”。
　　“所以酶作用之前，要把两者间的长链打断，让它变得足够疏松，之后就是传统工艺：如同酿酒一样，把糖变成酒精，然后蒸馏变成无水乙醇。”吴文平介绍。
　　“技术上的难点在于：预处理过程可能有副产物，对发酵有抑制作用。”李十中说。
　　但是，诺维信宣称一种名为Celic CTec2的酶已经破解这个难题，能让两种糖的发酵同时完成。“目前整个过程需要1天-2天时间，我们正在努力让它缩得更短。” 研发人员介绍。
　　该研发人员并未透露目前纤维素乙醇的成本，但林海龙则表示，成本正在逐年降低，目前已经与汽油价格相差无几。
　　“与汽油相比，纤维素乙醇的热值会低3%，但是燃烧效率要高出1.2%，综合来说，效率比汽油要低1.8%。”林海龙说。这也就意味着，每1升汽油，就需要1.018升纤维素乙醇替代。
　　但多名业内人士均表示了对纤维素乙醇价格的质疑，认为其在短期内不可能降到汽油水平。“相比之下1.5代技术要成熟一些，清华大学的甜高粱秆技术工业化程度很高了。”两院院士石元春表示。
　　甜高粱秆机会？
　　从李十中看来，尽管甜高粱也需种植，但它对于土地的要求却很低。因它耐旱耐涝耐盐碱，可种在盐碱地里，也不存在“与粮争田”的问题。
　　根据国家能源局统计，我国边际性土地中可种植能源作物的面积，约有2000万公顷（3亿亩）。“此外，我国还有6亿亩的退化农田和约1200万亩的盐碱地。”李十中介绍。
　　过去，甜高粱主要是用于酿酒。两年前，清华大学与一家名为内蒙古特弘生物有限责任公司（下称特弘生物）合作，在内蒙古建成一个2000吨的连续固体发酵示范厂。特弘生物负责项目的投资。
　　“甜高粱燃料乙醇生产过程的表观能量投入产出比为1：3。实际锅炉和加热空气炉用燃料为高粱秆自身供给，不应计算在内，能量投入产出比为1：22。”李十中说。
　　在项目实施了两年之后，特弘生物董事长王云表示，“目前，我们的生产成本约是4582元/吨。”
　　他表示，每一顿甜高粱秆燃料乙醇，需要16吨的甜高粱茎秆，以200元/吨的原料价格计算，约需要3200元。此外，还需要糖化酶、大麦芽等辅助原料，成本是185元。
　　在动力上，需要水电等费用是约313元；设备按投资3904元/吨计，14年折旧，每年约是279元；人工费、修理费、财务费用等加起来约是605元。
　　看起来，甜高粱秆燃料乙醇在技术和价格上已经具备了产业化的水平，但它并没有改变燃料乙醇目前的尴尬境地。
　　“燃料乙醇十一五期间定的是200万吨的目标，最后只完成了170多万吨，十二五的发展目标是300万吨，5年的增长目标还不足50%。”石元春分析，“但在我国，液体燃料的需求是最快的。”供应用于化工原料的百分之九十五工业酒精多少钱一斤_百分之九十五工业酒精多少钱一斤厂家价格_苏州千里行化工有限公司_一呼百应网
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式中含有羟基，所以叫做乙醇，比重0.°)。
成分:乙醇 　　
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&乙醇俗称酒精，是以玉米、小麦、薯类、糖蜜等为原料，经液化糖化、发酵、蒸馏而制成。将乙醇进一步脱水为无水乙醇后，再加上适量变性剂（无铅汽油）形成变性燃料乙醇。车用乙醇汽油，就是把变性燃料乙醇和汽油以一定的比例混配形成的新型汽车燃料。
　　据了解，此前吉林燃料乙醇公司在甜高粱茎秆制乙醇方面已经取得了突破性进展，通过3年的试验研究，中试装置打通了工艺流程，生产出各项指标合格的产品。
　　“但是在项目进行过程中，受原料储存、运输和固态发酵法的限制，装置规模受到局限，无法进行工业化试验；关键设备对大规模生产还存在一定的瓶颈；试验产出的产品成本高，无法达到经济运行等问题，还需要我们继续加大技术攻关力度。”白殿国说。
　　国内外一些大的公司在中试生产技术取得成功的基础上，纷纷把目光投向建设万吨级的工业化装置上。加拿大Iogen公司和美国共同计划在2012年投资7亿美元建设13万吨/年的纤维素乙醇厂。杜邦DDCE公司计划在2013年投资8.5亿人民币建设7.5万吨/年的纤维素乙醇工业化装置。另外，壳牌、杜邦等大公司也在中国寻求合作伙伴来共同建设纤维素乙醇工厂，中国石化拟与中粮集团及诺维信公司（Novozymes）于近期开始在中国合作生产纤维素乙醇，项目正在审批中。
吉林燃料乙醇公司通过对加拿大Iogen公司、美国DDCE公司与芬兰科伯利公司三家的工艺路线和技术特点进行比较，最后决定引进芬兰科伯利公司的技术，建设玉米秸秆制乙醇工业化项目。 　　这项技术通过将玉米秸秆中的纤维素、半纤维素及木质素分开，每种成分分别进行深加工并得到各自的产品，其中纤维素利用酶解再发酵得到乙醇，半纤维素酸解得到乙酸和糠醛。
　　　“在燃料乙醇非粮技术研发的道路上不会一帆风顺，我们希望通过共同努力和不断尝试，工业化试验早日成功，为我国发展替代能源、破解能源短缺问题做出贡献。”白殿国说。
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纤维素乙醇的研究现状及其发展趋势
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　　近年，随着纤维乙醇技术的快速发展，一些大公司开始计划建造较大规模的试验性工厂。美国的GulfoilChemical公司建成了可处理1t/d纤维废料的中试车间，年产纯乙醇2亿升，乙醇产率为27.7%。加拿大的Iogen生物技术公司，在渥太华开设了以麦秸为原料的3.2万加仑/年纤维素乙醇厂，采用稀酸结合蒸汽气爆预处理半纤维素，随后用纤维素酶水解，分离后的液体进行木糖和葡萄糖联合发酵。经评估，其生产成本比谷物乙醇高出30%～50%。
　　3国内纤维素乙醇研究与应用现状
　　我国在纤维素乙醇技术开发上也取得了一些重要进展。浙江大学主持的“利用农业纤维废弃物代替粮食生产酒精”的项目已在河北完成中试生产，以玉米芯为原料，乙醇产率为22.2%（W/W）。南京林业大学建立了玉米秸秆间歇蒸汽爆破预处理、纤维素酶水解和戊糖己糖同步发酵技术制取纤维乙醇的中试装置。水解得率为71.3%，还原糖利用率和乙醇得率分别为87.17%和0.43%。华东理工大学于2005年已建成了纤维乙醇600吨/年的示范性工厂，以废木屑为原料，以稀盐酸水解和氯化亚铁为催化剂的水解工艺以及葡萄糖与木糖的发酵，转化率达到了70%。河南农业大学利用黄胞原毛平革菌和杂色云芝的复合预处理，对选择性降解木质素的能力和规律进行了试验研究。生物降解后原料水解率达到了36.67%。山东大学微生物技术国家重点实验室主要开展“纤维素原料转化乙醇关键技术”研究。对纤维素酶高产菌的筛选和诱变育种、用基因手段提高产酶量或改进酶系组成、纤维素酶生产技术等研究。吉林轻工业设计研究院“玉米秸秆湿氧化预处理生产乙醇”在实验室规模为10L发酵罐条件下，经湿氧化预处理和酶水解后酶解率86.4%；糖转化为乙醇产率48.2%。
　　近年来，以河南天冠集团和中粮集团为代表的几家大型燃料乙醇生产企业，与高校联合进行纤维素乙醇的工业化技术的探索性研发。目前，河南天冠集团将建成300吨/年的乙醇中试生产线，原料转化率超过了16%。中粮集团于2006年在黑龙江肇东启动建设500吨/年纤维素乙醇实验装置。吉林九新实业集团建立了3000吨/年的玉米秸秆生产纤维乙醇示范性工厂。
　　迄今为止，全世界已经建有几十套纤维质原料经纤维素酶水解成单糖的中试生产线或小试生产线。纤维燃料乙醇在国内外研究正步入一个新的时代，在一些关键技术上取得了重要的进展，并建立了多个示范性工厂。但整体上，由于在纤维素酶生产技术、戊糖己糖发酵菌株构建等方面还没有取得根本性的突破，所以距离纤维素乙醇的产业化还有一定的距离。
　　4影响纤维乙醇产业化的主要因素
　　近年来，国内外对利用木质纤维转化乙醇进行了大量的研究，工艺路线已经打通，但当前要想实现工业化生产，在原料收集、预处理、糖化、发酵和精馏各工艺过程中还存在着制约纤维素乙醇生产的问题，主要表现为以下四个方面
　　（1）木质纤维素原料分散，季节性强，尤其是农作物秸秆。
　　（2）木质纤维素预处理技术有待进一步优化和提高。由于天然纤维素原料的结构复杂的特性，使得其纤维素、半纤维素和木质素三者不能有效分离；另外伴随产生一些中间副产物，实验表明，这些物质抑制酵母的生长和代谢，最终影响乙醇产率。
　　（3）缺乏高效的纤维酶菌株，现有的纤维素酶制剂效果较低，使得酶解糖化经济成本较高，当前生产一吨纤维乙醇需要酶制剂成本在元。
　　（4）缺乏能够同时高效利用戊糖和己糖的发酵菌株。在木质纤维水解中，其中有相当比重的木糖（葡萄糖/木糖约为2）。因此，戊糖的利用是影响纤维乙醇综合成本的关键一项。
　　5未来纤维素乙醇产业化发展趋势
　　目前，国外纤维素乙醇产业化的研究已经成为了热潮，正步入一个关键时期，中国在这方面也有良好的基础。为了使纤维素乙醇尽早地实现产业化，除了以上几项关键技术进一步解决好外，还应当借鉴石油化工的经验，坚持走生物精炼和乙醇联产的模式，尽可能地最大提升和拓展底物的各组分的经济价值，也许是促使纤维素乙醇产业化的重要途径。
　　尽管木质纤维素原料本身非常廉价，但是将其转化成乙醇的工艺过程非常复杂，需要大量的能耗。这主要是由木质纤维素自身的结构特性决定的，而得到的目标产物是经济附加值并不很高的乙醇，致使单位乙醇的经济效益并不具备较强的市场优势。而生物精炼和乙醇联产模式就打破了原来由生物质生产单一产品的观念，实现原料充分利用和产品价值最大化，就是所谓的“吃干榨净”，正如目前的利用粮食生产乙醇一样。例如，利用玉米同时生产燃料乙醇、玉米油、蛋白粉、高果糖浆、蛋白饲料和其他系列产品，这样提升了整个工艺产品的经济附加值，同时取得良好的经济效益和社会效益。同样利用木质纤维素的三大类组分也可以衍生出多种产品。例如：目前，大多的木糖醇厂主要是利用玉米芯中的半纤维素生产木糖醇，结果剩下大量的木糖渣（主要是纤维素和木质素），如果进行联产模式，将剩下的纤维素与木质素进行组分分离，分别生产纤维乙醇和优质燃料或木素磺酸盐，就有可能进一步提升产品的综合效益。
　　综上所述，中国应该利用纤维素乙醇作为主要的生物能源，加快以纤维素乙醇为核心的综合技术开发，尽早实现其产业化发展的目标。相信经过“十一五”计划的实施，中国在利用纤维素废弃物制取燃料乙醇方面，必将取得更大的进展，为缓解液体燃料短缺、促进环境保护和社会可持续发展等方面发挥重要作用。
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