可再生燃油—用生物技术生产燃料乙醇 张程15301050184 技术原理 21世纪,人类所面临的最大问题或许已不再是战争或是食物,而是能源。传统能源 主要来源于化石能源,即煤、石油和天然气,而这之中应用最广泛的当属石油。然而 化石能源是需要千百万年形成的,这对于人类文明来说显然是漫长的,所以我们把化石 能源归为不可再生能源,也就是说,终有一天,化石能 源会被人类消耗殆尽。在这样的背景下,催生出了许多 NAD NADH 新型能源,而乙醇便是其中一种,而乙醇的生产与生物 技术密切相关。 丙酮酸羧化 NAD' 我们知道,在有氧的环境下,好氧生物能利用氧气 乙醛 乙醇脱氢酶 完成有氧呼吸,将葡萄糖分解为二氧化碳和水。一般生 NADH 产乙醇,我们选择酵母菌( yeast),酵母菌是兼性厌氧 乙醇 生物(facu- tative anaerobe),既能在有氧条件下进行有 氧呼吸,又能在无氧条件下进行无氧呼吸,而其无氧呼 图15酒精发酵过程与乳酸发酵过程简 吸产物便是乙醇。 二、技术应用 在中国,乙醇作为机动车燃料的方式一般是与汽油混合(10%乙醇混合90%汽油, GB18351-2010)形成乙醇汽油。而应用乙 醇燃料比较成熟的国家则是巴西、乌拉圭 等南美国家和非洲部分国家,以下重点讨 论巴西对乙醇燃料的应用 巴西是盛产甘蔗的国家,这也为它发 达的乙醇生产工业提供了物质基础,早在 上世纪80年代初,巴西每年就有大约4000 兆升的乙醇出口。而巴西也是一个利用乙 醇替代部分汽油的典型国家,早在1923 年,巴西就开始使用100%乙醇的汽油机 到1985年止,巴西国内每1000辆汽车 中有约120万辆使用E100(100%乙醇), 其余的大部分使用E23作为燃料,到1988 sa chalna 年时,88%的汽车都使用乙醇。1999年 巴西在全国推广使用E15。而从1979年开 始,巴西便启动了在柴油机上研究和应用E100。 技术优缺点 用乙醇作为燃料相对于传统化石燃料,有产能效率较高、污染小(一氧化碳和碳氢 化合物污染产生量小,其中汽油醇混合燃料Co相比传统汽油机减少35%,HC减少9 但№ox增加7%)、经济价值高(可利用微生物发酵大量生产,可再生)的优点。 然而,由于乙醇燃烧的热值相对较小(E100约是汽油的三分之二),且由于当今世
可再生燃油——用生物技术生产燃料乙醇 张程 15301050184 一、 技术原理 21 世纪，人类所面临的最大问题或许已不再是战争或是食物，而是能源。传统能源 主要来源于化石能源，即煤、石油和天然气，而这之中应用最广泛的当属石油。然而， 化石能源是需要千百万年形成的，这对于人类文明来说显然是漫长的，所以我们把化石 能源归为不可再生能源，也就是说，终有一天，化石能 源会被人类消耗殆尽。在这样的背景下，催生出了许多 新型能源，而乙醇便是其中一种，而乙醇的生产与生物 技术密切相关。 我们知道，在有氧的环境下，好氧生物能利用氧气 完成有氧呼吸，将葡萄糖分解为二氧化碳和水。一般生 产乙醇，我们选择酵母菌（yeast），酵母菌是兼性厌氧 生物（facul- tative anaerobe），既能在有氧条件下进行有 氧呼吸，又能在无氧条件下进行无氧呼吸，而其无氧呼 吸产物便是乙醇。 二、技术应用 在中国，乙醇作为机动车燃料的方式一般是与汽油混合（10%乙醇混合 90%汽油， GB 18351-2010）形成乙醇汽油。而应用乙 醇燃料比较成熟的国家则是巴西、乌拉圭 等南美国家和非洲部分国家，以下重点讨 论巴西对乙醇燃料的应用。 巴西是盛产甘蔗的国家，这也为它发 达的乙醇生产工业提供了物质基础，早在 上世纪80年代初，巴西每年就有大约4000 兆升的乙醇出口。而巴西也是一个利用乙 醇替代部分汽油的典型国家，早在 1923 年，巴西就开始使用 100%乙醇的汽油机。 到 1985 年止，巴西国内每 1000 万辆汽车 中有约 120 万辆使用 E100（100%乙醇）， 其余的大部分使用 E23 作为燃料，到 1988 年时，88%的汽车都使用乙醇。1999 年， 巴西在全国推广使用 E15。而从 1979 年开 始，巴西便启动了在柴油机上研究和应用 E100。 三、技术优缺点 用乙醇作为燃料相对于传统化石燃料，有产能效率较高、污染小（一氧化碳和碳氢 化合物污染产生量小，其中汽油醇混合燃料 CO 相比传统汽油机减少 35%，HC 减少 9%， 但 NOx 增加 7%）、经济价值高（可利用微生物发酵大量生产，可再生）的优点。 然而，由于乙醇燃烧的热值相对较小（E100 约是汽油的三分之二），且由于当今世
界人口密集,可利用土地资源日益减少,粮食供应量有限,乙醇燃料的发展依然有着不 小的阻力。 四、技术的发展前景 现今乙醇的生产原料大多是蔗糖、淀粉等易分解为单糖供应酵母使用的糖类,而如 果我们能有效利用纤维素作为发酵原料,乙醇燃料的发展和应用前景必定会更加广阔。 而这一技术的发展,离不开另一个重要的生物技术一一转基因技术。传统分解利用纤维 素的方法有酸碱处理法(条件苛刻,对设备损害大),酶水解法(葡聚糖内切酶ED、纤 维二糖水解酶CHB、β-葡萄糖酶GL协同作用,产量低成本高)。而转基因技术便致力于 制造一种高效分解纤维素的工程菌,以此降解纤维素。 参考文献: 郑伟等,世界燃料乙醇发展综述,《科技资讯》,2008 胡志远等,车用燃料乙醇的应用与发展,《汽车科技》,2002 武冬梅等,纤维素类物质发酵生产燃料乙醇的研究进展,2007 中华人民共和国国家标准:车用乙醇汽油(E10)(GB18351-2010),2010
界人口密集，可利用土地资源日益减少，粮食供应量有限，乙醇燃料的发展依然有着不 小的阻力。 四、技术的发展前景 现今乙醇的生产原料大多是蔗糖、淀粉等易分解为单糖供应酵母使用的糖类，而如 果我们能有效利用纤维素作为发酵原料，乙醇燃料的发展和应用前景必定会更加广阔。 而这一技术的发展，离不开另一个重要的生物技术——转基因技术。传统分解利用纤维 素的方法有酸碱处理法（条件苛刻，对设备损害大），酶水解法（葡聚糖内切酶 ED、纤 维二糖水解酶 CHB、β-葡萄糖酶 GL 协同作用，产量低成本高）。而转基因技术便致力于 制造一种高效分解纤维素的工程菌，以此降解纤维素。 参考文献： 郑伟 等，世界燃料乙醇发展综述，《科技资讯》，2008 胡志远 等，车用燃料乙醇的应用与发展，《汽车科技》，2002 武冬梅 等，纤维素类物质发酵生产燃料乙醇的研究进展，2007 中华人民共和国国家标准：车用乙醇汽油（E10）（GB 18351-2010），2010