纤维素乙醇生产途径及其优缺点

美国《化学技术与生物技术（Chemical Technology & Biotechnology）》杂志于2011年4月22日发布评论认为，将生物质转化为纤维素乙醇是生物质生产高辛烷值、环境友好的运输燃料最有效的应用 。 　　从自然效率来看，生物质原料在美国和全球各地产量丰富，它含大量氧（约占40％以上）。为了最有效地利用这种生物量，必须使整个原料转化，包括氧。纤维素乙醇是替代的运输燃料，它保留了原料中绝大部分的氧。       　　基于光合成的基础知识和热力学简单法则，生物质原料现成可用，并高含氧，它属于木质纤维材料。对于从这种原料生产液体燃料或化工原料，制胜战略是生产的产品要能最高产率地使用整个原料，业已证明最有效和有广泛用途的是生产乙醇。       　　乙醇与生物质中氧的配伍性和对碳较低的需求，从而使与替代方案，如生产丁醇或烃类相比，生产乙醇可以有较高的产率和较高的产热量（BTU/供入的每t生物质）。乙醇的理论产率为51％，正丁醇和异丁醇的理论产率为41％，C 8辛烷烃类的理论产率为29.7％。       　　转化途径：大部分的研发都集中在生物化学途径或热化学途径，均可从生物质生产乙醇。生物化学途径使用酶，使经预处理的木质纤维素生物质原料转化成糖类，糖类然后再发酵成乙醇。热化学途径系将生物质原料气化以制取合成气，合成气然后利用化学催化的化学反应被转化成乙醇。       从二种转化途径的缺陷来看：       　　生物化学途径受限于昂贵的预处理需求；不能使木质素发酵（生物质含有20%~25％木质素）；纤维素转化为葡萄糖具有生物学复杂性；原料灵活性受限制。       　　热化学途径受限于催化剂的选择性；通过组合放热反应会造成热力学低效率，并且需采用特定的H2 :CO比例；需采用高压（> 1000磅/平方英寸），增大了设备的复杂性和资本费用；对杂质具有敏感性。       　　一种新途径也已脱颕而出。Coskata公司的转化途径，由气化、合成气发酵和分离组成，因为它有原料灵活性而具吸引力；它能够使用所有的原料；它产生温室气体少；能选择性地生产乙醇；操作费用低；投资费用低。       　　排放和发动机的效率：许多研究和报告业已表明，使用乙醇，可减少有害排放，如一氧化碳、挥发性有机化合物（VOC）和硫氧化物。乙醇的高辛烷值使之可使用较高的压缩比，尤其是专门使用乙醇的汽车。高的蒸发热产生进料的冷却效果，特别是在直喷式发动机中，这又可允许使用更高的压缩比。这种效应因燃料数量增多而可提升，釆用较多的燃料数量可补偿乙醇较低的能量含量。即使当汽车未被优化而发挥利用乙醇属性的某些优势，相对于汽油而言，使用高的乙醇混合燃料，乙醇较高的辛烷值和更快的火焰传播速度可使能量效率（使用燃料每BTU能量的行驶英里数）提高。平均而言，2010年车型的汽车，使用E85，能量效率可提高2％。不同的制造商之间有很大的差异，例如通用汽车公司的产品，能量效率平均可提高3.19％。