3.1　燃料乙醇

乙醇（ethanol）又称酒精，是一种重要的工业原料，广泛应用于化工、食品、饮料、军工、日用化工、医药卫生等领域。通常工业酒精中乙醇含量约为95%，无水酒精中乙醇含量在99.5%以上。因95.6%的乙醇与4.4%的水组成恒沸混合液，沸点78.15℃，而无法用蒸馏法去除少量水，通常采用工业酒精与新制生石灰混合加热蒸馏的方法制取无水乙醇。医用酒精中乙醇占75%的体积分数，此时能够获得最佳的细胞蛋白凝固效果，故常以其作为消毒杀菌剂。乙醇易被人体肠胃吸收，少量乙醇对大脑有兴奋作用，大量饮用会对肝脏和神经系统造成毒害。工业及医用酒精中含有少量甲醇，有毒而不能掺水饮用^［1，2］。

近年来，乙醇用作能源领域的液体燃料成为热点。用以替代或部分替代汽油作发动机燃料的酒精，为燃料乙醇。我国2001年颁布的《与汽油混合用作车用点燃式发动机燃料的变性乙醇标准规格》中明确规定，燃料乙醇中乙醇的体积分数大于等于92.1%，水分含量在0.8%以内。燃料乙醇的应用对减少汽油用量，缓解化石燃料紧张，降低颗粒物、CO、挥发性有机化合物（VOCs）等的排放有重要意义。目前包括我国在内的巴西、美国、欧洲一些国家和印度、泰国、津巴布韦、南非等国都已开始实施乙醇汽油计划。用汽油发动机的汽车，乙醇加入量为5%～22%；专用乙醇发动机汽车，乙醇加入量为85%～100%^［3，4］。

燃料乙醇生产技术主要有第一代和第二代两种。第一代燃料乙醇技术是以糖质和淀粉质作为原料生产乙醇。其工艺流程一般分为五个阶段，即液化、糖化、发酵、蒸馏、脱水。第二代燃料乙醇技术是以木质纤维素质为原料生产乙醇。与第一代技术相比，第二代燃料乙醇技术首先要进行预处理，即脱去木质素，增加原料的疏松性以增加各种酶与纤维素的接触，提高酶效率。待原料分解为可发酵糖类后，再进入发酵、蒸馏和脱水。

燃料乙醇的发展获得了国家的长期政策支持。目前，我国燃料乙醇的主要原料是陈化粮、木薯和甜高粱等淀粉质或糖质等非粮作物，今后研发的重点主要集中在以木质纤维素为原料的第二代燃料乙醇技术上。国家发改委已核准了广西的木薯燃料乙醇、内蒙古的甜高粱燃料乙醇和山东的木糖渣燃料乙醇等非粮试点项目，以农林废物等木质纤维素原料制取乙醇燃料技术也已进入年产万吨级规模的中试阶段。2011年，国家发改委、农业部和财政部颁布了“十二五”农作物秸秆综合利用实施方案，提出推进秸秆纤维乙醇产业化的方案，预计2015年通过粮棉主产区的示范项目，秸秆能源化利用比例将达30%。

在燃料乙醇推广成功的巴西，政府曾颁布强制使用生物燃料的行政法令。麦肯锡的研究报告显示，预计2020年我国生产的二代燃料乙醇可替代3100×10⁴t汽油，每年可减排9000×10⁴tCO₂。从原料上看，我国玉米等淀粉类原料极限供应量可生产500×10⁴t乙醇；甘蔗、甜菜等糖质原料主要用于制糖，不足作为乙醇的主要生产原料；以木薯、能源甘蔗、甜高粱等能源作物原料生产技术成熟，全国有近6万亩（1亩=666.7m²，下同）的可利用边际性土地，应加快品种研发及因地制宜地推广应用进程；纤维素类原料可提供近6000×10⁴t燃料乙醇的能力，技术研发非常迫切^［5］。

3.1.1　乙醇的物理性质

乙醇是由C、H、O三种元素组成的有机化合物，分子式为C₂H₅OH，由乙基（—C₂H₅）和羟基（—OH）两部分组成，可以看成是乙烷分子中的一个氢原子被羟基取代的产物，也可以看成是水分子中的一个氢原子被乙基取代的产物，相对分子质量为46.07。常温常压下，乙醇是无色透明液体，具有特殊的芳香味和刺激味，吸湿性很强，可以与水以任何比例混合并产生热量，易挥发，易燃烧。乙醇分子中含有极化的氢氧键，电离时生成烷氧基负离子和质子，乙醇的pK_a=15.9，与水相近，具有很弱的酸性。乙醇的物理性质主要与其低碳直链醇的性质有关。分子中的羟基可以形成氢键，因此乙醇黏度很大，也不及相近相对分子质量的有机化合物极性大。表3-1是乙醇详细的物理性质。

3.1.2　燃料乙醇原料

发酵制取燃料乙醇的原料有：糖原料、淀粉原料和纤维原料三种。不同原料处理方法如表3-2所列。

（1）黑体后糖原料

糖原料包括甘蔗、甜菜、甜高粱和各种水果。因其汁液的主要成分是葡萄糖，其制取乙醇就是微生物发酵葡萄糖的过程。理论上100g葡萄糖可以产生51.4g乙醇和48.6g CO₂，实际上微生物生长要用去一些葡萄糖，实际产率低于100%。

交通燃料一直严重依赖进口又盛产甘蔗的巴西自1975年开始制订计划支持甘蔗生产乙醇工业化项目，成为世界上燃料乙醇生产和利用最成功的例子。

（2）黑体后淀粉原料

主要包括谷物（玉米和小麦）、土豆、红薯和木薯。淀粉分子由长链葡萄糖分子组成，通过水解将淀粉分子转变成葡萄糖分子，然后发酵成乙醇。1990年世界玉米产量约4.75×10⁸t，其中2×10⁸t产于美国，（8～9）×10⁶t用来生产乙醇。采用不同的技术，1蒲式耳（在美国相当于2150.42in³，或35.42L）玉米（25.3kg，15%水分）可以生产9.4～10.9L纯乙醇，乙醇密度按0.789kg/L计，折算产率（质量分数）为37%～43%（干基原料）。淀粉原料需要用水将淀粉分子水解成糖（糖化），通常将淀粉与水混合成浆液然后搅拌加热打碎细胞壁。在加热过程中加入用于将化学键打破的特殊酶。美国和中国都是以玉米为主要原料生产燃料乙醇的，皆需政府补贴，如我国东北地区燃料乙醇生产厂家年收益净现值为零：以新玉米为原料要补贴379元/t，陈玉米补贴282元/t；美国政府补贴180美元/t，折合人民币约1200元/t。

（3）黑体后纤维原料

指主要组分是纤维素、半纤维素和木质素类生物质原料，包括木材、农业废物等，具体见表3-3。这三种成分构成植物体的支持骨架：纤维素组成微细纤维，构成纤维细胞壁的网状骨架，半纤维素和木质素是填充在纤维之间的“黏合剂”和“填充剂”。在一般的植物纤维原料中，这三种成分的质量分数为80%～90%。

生物质纤维素主要是由β-d-吡喃葡萄糖基通过1-4β苷键连接起来的线性高聚糖，分子式（C₆H₁₂O₅）_n，聚合度n为7000～10000，在植物纤维素中沿着纤维素分子链链长的方向彼此近似平行聚集成微细纤维状态而存在，排列整齐而紧密的部分为纤维素的结晶区，不整齐而较松散的部分为纤维素无定形区，结晶区比无定形区难水解。

半纤维素是由多种糖基（如木糖基、葡萄糖基、甘露糖基、半乳糖基、阿拉伯糖基、鼠李糖基等）、糖醛酸基（如半乳糖醛酸基、葡萄糖醛酸基等）和乙酰基所组成的分子中带有支链的复合聚糖（杂多糖）的总称^［7，8］。聚合度n为150～200，各种植物纤维中半纤维素组成和结构都有所不同，一般认为它是木糖单元组成的高聚糖。纤维素水解后生成葡萄糖，半纤维素水解产物是木糖。

木质素是由苯基丙烷单元通过醚键和碳-碳键连接而成的具有三度空间结构的高聚物，不能被水解，是水解残渣的主要成分。因占生物质20%以上的木质素不能水解，生物质制取乙醇转化率为15%～22%。表3-4列出了各种木质纤维素粗原料的组成。

由于糖类和淀粉类原料都可作为食物，用来生产燃料乙醇存在与人争口粮的问题，目前乙醇汽油主要来自甘蔗和玉米，来自玉米等粮食作物的燃料乙醇，原料成本占生产成本的40%以上，生产厂家全部靠政府补贴得以维系，长远看来没有生命力。木质纤维素类生物质种类多、数量大，用来生产燃料乙醇的同时，可以充分利用农林废弃物，改善环境，长远看还可以得之于速生林，所以用木质纤维素类生物质生产燃料乙醇意义重大。由于木质纤维素类生物质结构复杂，使研究开发经济可行的木质纤维素类生物质水解和发酵方法成为研究热点。

近几年纤维素乙醇的研究很活跃，如ABUS公司以玉米芯、玉米秸秆等生物质为原料，用锤式粉碎机对添加稀酸的原料进行微粉碎；美国可再生能源实验室开发了稀酸预处理-酶解发酵工艺，约90%纤维素转化为葡萄糖，采用同步糖化共发酵技术使乙醇质量分数达5.7%；上海奉贤建成燃料乙醇600t/a的工业化示范厂；山东东平建立了玉米秸秆发酵燃料乙醇3000t/a的示范工程；天冠集团采用化学预处理和酶水解工艺，建成了300t/a玉米秸秆纤维乙醇中试装置；中粮集团采用连续蒸汽爆破预处理和酶水解工艺，建成年产500t玉米秸秆纤维素乙醇试验装置，其中酶制剂由中粮集团与丹麦诺维信公司联合开发。

制取燃料乙醇的主要方法是水解发酵制成乙醇，再通过不同的脱水方式制取质量浓度更高、可用于燃料中的乙醇。而木质纤维素与其他生物质不同的是需要在此之前进行更精细的预处理，而不仅仅是粉碎研磨。

木质纤维素的水解糖化并生产燃料乙醇的过程中，从葡萄糖转化为乙醇的生化过程是简单和成熟的，反应在温和条件下进行。目前传统的间歇发酵已被各种连续发酵工艺所取代，因而有较高的生产率，可为微生物生长保持恒定环境的同时，也能达到较高的转化率，其水解产物为以木糖为主的五碳糖。以农作物秸秆和草为原料时，还有相当量的阿拉伯糖生成（可占五碳糖的10%～20%），故五碳糖的发酵效率也是决定过程经济性的重要因素。同时发酵戊糖和己糖的菌种也已发现和改良，并能够达到较高的产率。生物质制燃料乙醇即把木质纤维素水解制取葡萄糖，然后将葡萄糖发酵生成燃料乙醇的技术。

燃料乙醇的制备常用的催化剂是无机酸和纤维素酶，由此分别形成了酸水解工艺和酶水解工艺。我国在这方面开展了许多研究工作，比如华东理工大学开展了以稀盐酸和氯化亚铁为催化剂的水解工艺及水解产物葡萄糖与木糖同时发酵的研究，转化率在70%以上^［5］。

3.1.3　燃料乙醇工艺

木质纤维素类生物质发酵法制乙醇的工艺流程见图3-1，一般由前处理、水解、发酵、产品的回收净化和废水以及残渣的处理5个工艺部分组成，对于不同的工艺，可能有略微的不同。下文将对该5部分进行介绍，因在纤维素类生物质制取燃料乙醇的工艺中，关键步骤和技术瓶颈主要来自水解和发酵，所以下面将针对水解和发酵工艺作详细介绍。

3.1.3.1　预处理工艺

所有的生物质在水解之前均要通过预处理这一工艺，并达到清洗和粉碎的目的。以木质纤维素为例，有效的预处理应当避免减小物料颗粒尺寸，保护戊糖（半纤维素）组分，限制抑制物的形成，降低能量需求和成本投入等。上述因素连同其他条件，如降低预处理催化剂（回收）成本、提取高值木质素副产品等，构成了评判预处理的基本标准。同时，预处理结果还需权衡其对后续工艺的影响，以及操作成本、资本成本和原料成本。生物质原料在加工过程中会掺杂一些诸如泥土等杂质，因此在使用前必须进行清洗，如果采用干态生物质作为原料，还要添加烘干步骤。原料的粒度大小，是影响其反应速率的重要因素。粒度越小，比表面积越大，有利于催化剂和热量的传递。通过研磨后生物质的粒度可以达到0.2～2mm，但能耗较大，最大可达到总过程能耗的1/3，因此一般粉碎粒度在1～3mm为宜。表3-5是不同预处理法的作用。

预处理方法可分为物理法、化学法、物理化学法和生物法。

（1）黑体后物理法

物理法包括机械粉碎、蒸汽爆碎、热液分解和超声波处理等，机械粉碎又分为干粉碎、湿粉碎、振动球磨碾磨和压缩碾磨。物理法具有污染小、操作简单等优点，但能耗大，成本高。

① 高能辐射　高能辐射处理木质纤维原料提高转化效率的作用机制有两个方面，一是使纤维素解聚；二是使纤维素的结构松散，晶体结构改变，活性增加，可及度提高。高能辐射可以降低纤维素的结晶度，增加纤维素酶的可及面积，减少酶的用量、提高转化率、降低成本，并且不会造成环境污染，具有很大的发展前景^［10］。

② 微波、超声波处理技术　微波是一种波长在1mm～100cm范围内的电磁波（其频率300MHz～300GHz）。微波处理木质纤维原料提高转化效率的作用机制是：微波处理能使纤维素的分子间氢键发生变化，处理后的粉末纤维素类物质没有润胀性，能提高纤维素的可及性和反应活性，从而提高基质浓度，得到较高浓度的糖化液。

微波、超声波对植物纤维素原料进行预处理有一定的效果，优点是易操作、方便和无污染，能降低纤维素的结晶度，但会产生对后续发酵不良影响的抑制物，故需更进一步的改进。

（2）黑体后化学法

化学法主要是指以酸、碱、有机溶剂作为物料的预处理剂，破坏纤维素的晶体结构，打破木质素与纤维素的连接，同时使半纤维素溶解，常用于预处理的化学试剂有H₂SO₄和NaOH。纤维素溶剂能溶解甘蔗渣、玉米秸秆、高羊茅草等木质纤维素物料中的纤维素，使90%的纤维素转化为葡萄糖，纤维素溶剂还能改变物料结构，提高物料的酶水解率。碱性双氧水、O₃、有机溶胶、甘油、二氧杂环乙烷、苯酚和乙二醇是破坏纤维素结构和促进水解型溶剂的典型代表。

① 酸预处理法　酸处理木质纤维素的机制是破坏纤维素的晶体结构，打破木质素与纤维素的连接，同时使半纤维素溶解。近年来，酸预处理越来越受到研究者的关注，用得最多的是稀硫酸^［11］，其次是硝酸、盐酸和磷酸。稀硫酸可以去除半纤维素、水解纤维素，半纤维素的去除能够提高纤维素的消化率^［12］。

安宏^［13］以生物质的主要成分纤维素为原料，进行了以极低浓度硫酸为催化剂的水解研究，以0.05%硫酸为催化剂，在215℃、4MPa等优化条件下得到了46.55%的还原糖得率和55.07%的纤维素转化率。Sun等采用稀硫酸处理黑麦秆，结果表明，随着硫酸浓度的提高和反应时间的延长，半纤维素的溶解程度显著增加。在0.9%H₂SO₄、90min或1.2%H₂SO₄、60min条件下处理黑麦秆，超过50%的半纤维素被溶解。

② 碱预处理法　碱处理的机制是基于木聚糖半纤维素和其他组分内部分子之间酯键的皂化作用，随着酯键的减少，木质纤维素原料的空隙率增加，纤维素结晶度降低，易于酶解。广泛使用的碱是NaOH，主要是因为稀NaOH溶液可以引起木质纤维素溶胀，内表面积增加，纤维素结晶性降低，木质素和糖类之间的结构链分离，以破坏木质素结构。Zhu等采用微波辅助NaOH预处理，将稻草在质量分数为1%的NaOH溶液中，经700W微波处理6min，还原糖得率显著提高。

③ 臭氧法　臭氧法实际上是一种利用氧化剂氧化破坏天然植物纤维的物理结构的方法，其他氧化剂还有过氧乙酸、O₃、硝酸、次氯酸钠等。臭氧法常被用来降解如麦秸、甜菜渣等纤维素类物质中的木质素和半纤维素。此法的优点是：可高效去除木质素；不产生对进一步反应起抑制作用的物质；反应在常温常压下进行。缺点是需要O₃量比较大，提高了整个生产过程的成本。

此外化学方法还包括常用于预处理的有机溶剂处理，试剂包括甲醇、乙醇、丙酮等。物理化学法是物理法和化学法的有机结合，具有两者的优点。

④ 蒸汽爆破法　蒸汽爆破是将原料和水或水蒸气等在高温高压下处理一定时间后，立即降至常温常压的一种方法。蒸汽爆破可以改变纤维素的O/C和H/C，提高化学试剂的可及度，改善化学反应性能。

罗鹏^［14］等研究发现在温度210℃、停留时间8min的条件下，汽爆麦草原料的纤维分离程度最佳，纤维素的酶水解得率最高达到72.4%；廖双泉^［15］等采用蒸汽爆破处理技术处理剑麻纤维，使纤维素含量提高到84.54%，木质素含量降低到3.61%，实现了原料组分的有效分离。

⑤ 氨纤维爆破法（AFEX）　氨纤维爆破法是蒸汽爆破法与碱处理法的结合，将物料置于高压状态的液氨中，温度范围为50～100℃，保压一段时间后突然卸压，使液氨气化，物料爆破，主要是液氨和木质素发生反应。Kim和Lee以玉米秸秆为原料进行液氨循环浸泡，试验结果表明，在高温下可以去除75%～85%木质素，溶解50%～60%的木聚糖。

Alizadeh^［16］等用AFEX预处理柳枝，确定了最佳工艺条件：处理温度100℃，氨与物料比为1∶1，处理时间为5min；物料葡萄糖转化率为93%。

氨纤维爆破法主要能有效去除木质素，但与蒸汽爆破法相比对半纤维素的溶解程度不大；可有效破坏纤维素的晶体结构，提高酶解率；水解产物对发酵的抑制作用小，氨可以回收，污染小；设备投资成本低，操作简单，但耗能大。总的来说此种技术仍是最有前景的预处理方法。目前国内对此技术的运用还未见报道。

⑥ CO₂爆破　CO₂爆破也被用于纤维素的预处理。研究者认为在汽爆过程中加入CO₂可以有效促进酶水解。

Dale和Moreira^［17］用该法处理苜蓿（4kgCO₂/kg纤维，压力为5.62MPa），在经过24h的酶解后得到了75%的葡萄糖。这个量要相对低于蒸汽爆破和氨水处理，但另外的研究发现，CO₂爆破不仅成本较低，而且不会像蒸汽爆破那样产生抑制产物。

（3）黑体后生物法

生物处理法是利用真菌来溶解木质素，可降解木质素的微生物包括白腐菌、褐腐菌等。白腐菌主要降解木质素，褐腐菌主要降解纤维素和半纤维素。生物预处理能达到的处理效果有去木质素作用，减小纤维素的聚合度，并且能水解部分半纤维素。该法具有低能耗，无需化学试剂，处理条件温和及效率一般，应用范围不大的特点。常用的微生物是白腐菌、褐腐菌和软腐菌。最近大多学者研究了白腐菌降解木质纤维素的机制、变化规律及影响因子，为下一步纤维素类原料能源化、资源化利用奠定了良好的基础。

杜甫佑等^［18］研究了3株白腐菌对木质纤维素的作用，结果表明，3菌株都能较快地降解木质素。

生物法相对于其他预处理法的主要优点是将木质素降解，保护纤维素和半纤维素；耗能少，条件温和；副反应少，环境污染小。但目前存在的微生物种类较少，分解木质素的酶类的活力低，作用周期长，故此种方法多停留在试验阶段。最具前景的解决办法是采用基因工程技术对白腐菌进行改良^［9］。

3.1.3.2　产品的回收净化

发酵之后的液体是酒精、微生物细胞、水以及一些副产物的混合物，其中目标产物酒精的含量较低，一般不超过5%。可以通过双塔精馏及分子筛吸附脱水的工艺对发酵液中的酒精进行提纯，以得到无水乙醇。

3.1.3.3　废水和残渣处理

精馏塔底废水中含有大量的有机物，可以将其通过厌氧发酵进行处理，同时产生的甲烷可作为内部燃料，用于生产蒸汽以降低能耗。水解所产生的水解残渣主要成分为木质素，可以用作普通燃料进行燃烧。为了提高纤维素乙醇产业的经济性，可以将水解残渣进行气化和裂解，分别制取合成气以及生物油。

3.1.3.4　生物质水解工艺

生物质水解是制取燃料乙醇的必要步骤。水解是指由复杂物质分解成重新与水分子结合的更简单物质的过程。生物质水解指主要成分为纤维素、半纤维素和木质素的木材加工剩余物、农作物秸秆等木质纤维素类生物质，在一定温度和催化剂作用下，使其中的纤维素和半纤维素加水分解（糖化）成为单糖（己糖和戊糖）的过程，其主要目的是将单糖通过化学和生物化学加工，制取燃料乙醇、糠醛、木糖醇、乙酰丙酸等产品^［19］，当前主要用于制取燃料乙醇。常用的催化剂有无机酸和纤维素酶，以酸作为催化剂称做酸水解，包括稀酸水解和浓酸水解，后者称为酶水解。

影响木质纤维素水解的因素主要是纤维素的结晶度、有效表面积、木质素对纤维素的保护作用、物料特性和半纤维素对纤维素的包覆。故在进行预处理时应排除这些影响水解的因素，才能有效提高水解率。

水解反应方程式如下：

　　（3-1）

　　（3-2）

（1）黑体后浓酸水解

指浓度在30%以上的硫酸或盐酸将生物质水解成单糖的方法。反应条件为：100℃以内，常压，2～10h，一般分预处理和水解两步进行。优点是糖转化率高，无论纤维素还是半纤维素都能达到90%以上，反应器和管路可以选用玻璃纤维等廉价、耐酸蚀材料，缺点是反应速率慢，工艺复杂，酸必须回收且费用高。主要用于处理玉米芯、麦秸等农业废物。

该技术始于19世纪20年代，第一个浓酸工艺由美国农业部（USDA）开发后经Purdue大学和TVA（Tennessee Valley Authority）改进并应用。目前做这方面研究的主要有美国的Arkernol公司、Masada Resource Group和TVA。

TVA浓酸水解工艺是将玉米废物与10%硫酸混合，在第一个处理半纤维素的反应器中在100℃温度下加热2～6h，残渣多次在水中浸泡并甩干，收集半纤维素水解产物；残渣经脱水烘干后在30%～40%浓酸中浸泡1～4h，以作为纤维素水解的预水解步骤；残渣脱水干燥后，放在另一只反应器中，酸浓度增大到70%，在100℃温度条件下加热1～4h，过滤得到糖和酸的混合液。将该溶液循环至第一步水解，从第一步水解液中回收第二步水解的糖。典型的浓酸水解工艺如图3-2所示。

（2）黑体后酶水解

酶水解是始于20世纪50年代的生化反应，是一种较新的生物质水解技术。利用纤维素酶对生物质中的纤维素预先糖化进而发酵生成乙醇。在常压、45～50℃、pH值为4.8左右的条件下进行，可形成单一糖类产物且产率可达90%以上，不需要外加化学药品，副产物较少，提纯过程相对简单，生成糖不会发生二次分解，因此越来越受到各国重视，甚至有人预测酶水解有替代酸水解的趋势。缺点是酶生产成本高，要消耗9%左右的生物质物料，预处理设备较大，操作成本较高，反应时间长，合适的纤维素酶尚在开发研究中^{［12，13］}。目前所应用的酶主要有三种：Endoglucanases（EC3.2.1.4），Cellobiohydrolases（EC3.2.1.91）和H-glucosidases（EC3.2.1.21），全球最大的酶生产厂商是杰能科国际（Genencor International）和诺维信（Novozymes ）。

酶水解工艺包括酶的生产、原料预处理和纤维素水解发酵3个部分。

① 酶的生产　纤维素酶制造方法有固体发酵法和液体发酵法两种。目前大规模生产纤维素酶的方法是固体发酵法，即使微生物在没有游离水的固体基质上生长，一般将小麦麸皮堆在盘中，用蒸汽蒸后接种。生长期经常喷水雾并强制通风，保持一定的温湿度和良好的空气流通，微生物培养成熟后用水萃取、过滤后将酶从萃取液中沉淀下来。目前酶的研究热点在于选择培养能够提高酶的产率和活性的微生物，以廉价的工农业废物作为微生物的培养基，开发各种酶的回收方法以及试验各种发酵工艺。在酶水解工艺中酶的生产成本最高。

② 原料预处理　因为生物质所含纤维素、半纤维素和木质素相互缠绕，纤维素本身又存在晶体结构，阻止酶接近其表面，导致直接酶解效率很低，故生物质原料需要通过预处理除去木质素，溶解半纤维素，破坏纤维素的晶体结构，增大其可接近表面。酶水解产物转化率很大程度上要依赖预处理的效果。

常用的预处理方法包括物理法、化学法和生物法。物理法主要有粉碎、高压蒸汽爆碎、照射（电子束、γ射线）等；化学法有酸处理（浓硫酸、稀硫酸、稀盐酸、亚硫酸、过氧乙酸等）、碱处理（氢氧化钠、氨等）、臭氧处理等；生物法主要有用褐腐菌、白腐菌和软腐菌等降解木质素、半纤维素和纤维素^{［20，21］}。具体工艺已在预处理环节中进行了介绍。

目前最经济的预处理方法是稀酸预水解和稀酸浸润后蒸汽处理。

③ 纤维素水解和发酵　用纤维素酶将预处理后的生物质降解成可发酵糖，再将水解糖液进行发酵生产乙醇的过程，现主要有3种工艺：a.分步水解和发酵（separate hydrolysis and fermentation，SHF）工艺，见图3-3，先预处理生物质得到半纤维素的水解液和主要成分为纤维素的固体残渣，纤维素渣与纤维素酶混合进行酶水解，得到纤维素水解液，将两种水解液与发酵微生物一同放入发酵罐中，回收乙醇；b.同步糖化和发酵（simultaneous saccharification and fermentation，SSF）工艺，见图3-4，该工艺将预处理后的生物质、纤维素酶的微生物和发酵微生物混合，当产生的纤维素酶作用于纤维素物质并释放出单糖时，发酵微生物就将单糖转化成乙醇，使酶水解和发酵在同一个装置内完成；c.直接微生物转化（direct microbial conversion，DMC）工艺，以既能产生纤维素酶，自身又能发酵生产乙醇的微生物一次性完成纤维素类生物质的转化。在这3种纤维素转化乙醇的工艺中，SSF是最有效的方式。

为了降低乙醇的生产成本，在20世纪70年代开发了同步糖化和发酵（SSF）工艺，即把经预处理的生物质，纤维素酶和发酵用微生物加入一个发酵罐内，使酶水解和发酵在同一装置内完成。SSF不但简化了生产装置，而且因发酵罐内的纤维素水解速率远低于葡萄糖发酵速率，使溶液中葡萄糖和纤维二糖的浓度很低，这就消除了它们作为水解产物对酶水解的抑制作用，相应可减少酶的用量。此外，低的葡萄糖浓度也减少了杂菌感染的机会。图3-5为SSF工艺流程，目前SSF已成为很有前途的生物质制乙醇工艺，主要问题是水解和发酵条件的匹配。

（3）黑体后稀酸水解

一般指用10%以内的硫酸或盐酸等无机酸为催化剂将纤维素、半纤维素水解成单糖的方法，温度100～240℃，压力大于液体饱和蒸汽压，一般高于10atm（1atm=101325Pa，下同）。优点是反应进程快，适合连续生产，酸液不用回收；缺点是所需温度和压力较高，副产物较多，反应器材质要求高。目前有两条研究路线：一是作为生物质水解的方法，二是作为酶水解最经济的预处理方法。在浓酸水解、酶水解和稀酸水解三种方法中，稀酸水解在反应时间、生产成本等方面较其他两种有优势，而且还是浓酸水解、酶水解预处理的必要步骤。

稀硫酸水解法1856年由法国梅尔森斯首先提出，1898年德国人提出木材制取酒精的商业构想，并很快实现工业化。第一次世界大战期间美国建有两个商业化工厂，后期因木材缺乏而停产。1932年德国开发出稀硫酸浸滤工艺，即舍莱尔工艺（Scholler process）；第二次世界大战期间，美国面临酒精和糖作物的匮乏，美战备部在Springfield建工厂，指定林产品实验室（FPL）改进Scholler process，于是有了麦迪森木材制糖法（Madison wood sugar process）的诞生，生产能力较前又有很大提高，后经过多次改进，1952年制造出了稀酸水解渗滤床反应器，目前仍是生物质糖化最简单的方法之一，且成为发明新方法的基准^{［22～31］}。

20世纪70年代后期至20世纪80年代前半期，有关稀酸水解系统的模型和新的水解工艺成为热点。1983年由Stinson提出二阶段稀酸水解工艺，其原理是半纤维素和纤维素的水解条件不同，以不同的反应条件分开水解；20世纪90年代以来极低浓度酸水解、高压热水法等工艺因环境友好、对反应器材质要求低而受到重视；近十年来研究热点在于新型反应器开发和反应器理论模型研究以提高稀酸水解产率和开发单糖外的其他化学品，如糠醛、乙酰丙酸等；通过动力学模型研究及工艺设计实践，研究者认识到高的固体浓度、液固的逆向流动以及短的停留时间是提高单糖转化率的关键，据此新型反应器主要有逆流水解、收缩床水解、交叉流水解及其组合等，多处于小试和中试阶段，未见商业化报道^{［32，33］}。各种稀酸水解方法如表3-6所列。

① 两步水解　自20世纪80年代以来，木质纤维素类生物质稀酸水解多数采取两步工艺（图3-6），第一步用低浓度稀酸和较低的温度先将半纤维素水解，主要水解产物为五碳糖；第二步以较高的温度及酸浓度，得到纤维素的水解产物葡萄糖。该工艺的优点：减少了半纤维素水解产物的分解，从而提高了单糖的转化率；产物浓度提高，降低了后续乙醇生产的能耗和装置费用；半纤维素和纤维素产物分开收集，便于单独利用。

② 极低浓度酸水解和高温热水法水解　极低酸（extremely low acids，ELA）是指浓度为0.1%以下的酸，以极低酸为催化剂在较高温度下（通常200℃以上）的水解称为极低浓度酸水解。该工艺有以下明显优势：a.中和发酵前液产生的CaSO₄产量最小；b.对设备腐蚀性小，可用普通不锈钢来代替昂贵的耐酸合金；c.属于绿色化学工艺，环境污染小。美国可再生能源试验室（NREL）以极低浓度酸水解工艺在连续逆流反应器、收缩渗滤床（BSFT）和间歇床（BR）进行研究，发现连续逆流反应器在ELA条件下可得到90%的葡萄糖产率，BSFT的反应速率是BR的3倍，是很有前景的工艺。

高温热水法（hot liquid water）又称自动水解（autohydrolysis），是指完全以液态水来水解生物质中的半纤维素，通常作为两步水解法中的预处理。因在高温高压下，水会解离出H⁺和OH^-，具备酸碱催化功能，从而完成半纤维素的水解。该法用于酶水解的预处理，与其他方法相比具有成本低廉、产物中发酵抑制物含量低、木糖回收率高等优点^{［34，35］}。

③ 稀酸水解反应器　根据生物质原料和水解液的流动方式，可把稀酸水解反应器分为固定式、活塞流式、渗滤式、逆流式和交叉流式等几种。稀酸水解反应器在高温下工作，其中与酸液接触的部件需用特殊材料制作，钛钢即耐蚀镍合金虽然能用，但价格太高，只宜用在必要场合^［36］。用耐酸衬砖是较好的解决方法。

1）固定床和平推（活塞）流式反应器水解。固定床水解是最原始的方法，水解液和原料都一次性加入反应器，反应完成后一起取出。该法对设备和操作要求低，但糖分解严重，糖转化率较低，多用于水解的一些机制研究。

活塞流式水解中，固液两相在泵作用下，以同样的流速通过一管式反应器。它在形式上是连续的，但在本质上和固定式没有什么差别，因为在整个反应期间，和任一微元固体接触的始终是同一微元液体。这种反应器的优点是便于控制物料的停留时间，在其总停留时间小于1min时也能精确控制，故很适用于水解动力学研究。

2）渗滤式水解。固体生物质原料充填在反应器中，酸液连续通过的反应方式，相对固定床，这种设备属半连续式反应器。前苏联主要采取这种形式，我国华东理工大学亦设计利用该种反应器。具体工艺为：原料装入渗滤水解器的同时，加入稀硫酸浸润原料，上盖后由下部通入蒸汽加热，达到一定温度时使预热到一定温度的水和酸在混酸器中混合后，连续从反应器上部送入，同时将水解液从下部引出，待水解结束时，停止送入硫酸，用热水洗涤富含木质素的残渣，降温开阀排渣。它的主要优点如下：a.生成的糖可及时排出，减少了糖的分解；b.可在较低的液固比下操作，提高所得糖的浓度；c.液体通过反应器内的过滤管流出，液固分离自然完成，不必用其他液固分离设备；d.反应器容易控制。

3）收缩渗滤床反应器。收缩渗滤床反应器（bed-shrinking flow-throw reactor）是美国Auburn大学和可再生能源实验室（NREL）联合开发的用于极低酸（ELA）的生物质水解反应实验装置，该法是以极低浓度酸（质量分数低于0.1%），在200℃以上来水解生物质，因其酸用量少，对设备腐蚀小，反应器可用不锈钢代替昂贵的高镍耐酸合金，产物后处理简单，被誉为绿色工艺而日益受到重视^［37］。其原理是在生物质固体物料床层上部保持一定的压力，随着生物质中可水解部分的消耗，固体床层的高度将被逐渐压缩，水解液在收缩床内的实际停留时间减少，从而减少了糖的分解，有利于提高糖的收率。反应装置见图3-7。以黄杨为原料在205℃、220℃、235℃条件下葡萄糖产率分别为理论产率的87.5%、90.3%和90.8%，葡萄糖浓度（质量分数）分别为2.25%、2.37%和2.47%，停留时间10～15min时产率最高。

4）平推逆流收缩床反应器。平推流反应器是指固体原料和液体产物同向流动的反应器，而逆流反应器是指水解液和物料流动方向相反的反应器，二者相结合，可实现连续进料，水解液停留时间短，产物转化率高。图3-8是NREL开发的平推逆流收缩床反应器。

该装置为连续两阶段反应器系统，生产能力为200kg/d，已连续运行100h。采用生物质两步反应工艺，第一步通过水平螺旋平推流系统完成，170～185℃的蒸汽加热生物质，停留时间8min，可使60%半纤维素水解，随后物料流出此反应器进入垂直逆流收缩床反应器进行第二步水解，加入稀硫酸浓度小于0.1%，反应温度在205～225℃，此阶段几乎所有的半纤维素和60%纤维素完成水解，以黄杨木屑为原料，纤维素、半纤维素水解率达80%～90%。

5）交叉流收缩床水解反应器。交叉流收缩床生物质水解反应器是美国Dartmouth College的A.O.Converse提出的模型（见图3-9）。生物质浆液通过螺旋由液固混合浆料入口1送入环面A，水或蒸汽通过液体空心管入口2进入布满孔隙的内胆，当物料通过A时，螺旋挤压将水解产物由E排出至B，由水解液出口3流出，残渣由固体残渣排出口4排出。模拟计算在240℃，1%酸，液固比为1∶1时，可得到88%的葡萄糖和91%的木糖。但该装置尚处模型阶段。

④ 生物质两步稀酸水解的经济性　生物质水解生产燃料乙醇的经济性一直是人们关注的热点，影响因素包括原料价格、运输费用、生产规模、预处理方法、水解和发酵技术及乙醇市场价格等。对比当前以玉米、小麦等粮食作物为原料的生产情况，在原料价格上生物质水解有明显优势。据报道，原料占生产成本的50%～60%，且每有2.5×10⁶t玉米用于燃料乙醇的生产，玉米价格就会上浮1.2～2美元/t，而以生物质为原料，其价格只占生产成本的21%。

对生物质两步稀酸水解的经济性，美国可再生能源实验室做了较为详细的评估，见表3-7。如原料价格适中，规模达到一定程度，该项目可获得近20%的收益。另外在生产乙醇的同时，生产糠醛、低聚糖等高附加值产品，会显著提高其收益率。

BDT（Biomass dry ton）—干燥基生物质质量，t。

⑤ 发酵产乙醇工艺　常用的发酵方法有分批培养（batch culture）、连续培养（continuous culture）、半连续培养（semi-continuous culture）、补料分批培养（fed-batch culture）和固定化细胞发酵法。

分批培养是指培养基一次加入，产物一次性收获的方法，此间发酵液的组成是不断变化的。开始阶段糖浓度高，酒精浓度低，结束阶段糖浓度低，酒精浓度高。分批培养发酵的生产效率通常较低，在分批发酵过程中，必须计算全过程的生产率，即时间不仅包括发酵时间，而且也包括放料、洗罐、加料、灭菌等时间。

连续培养是指在培养器中不断补充新鲜营养物质，并不断排出部分培养物（包括菌体和代谢产物），以保持长时间生长状态的一种培养方式。连续培养主要分为恒浊连续培养和恒化连续培养两类。这样的连续发酵的方法可以为微生物保持恒定的生长环境，从而优化发酵条件，故能得到较高的生产率。同时，连续发酵所得产品性质稳定，便于自动控制，所需人工少，适合大规模生产。

半连续培养是指在发酵罐中的一部分发酵液保留下来作为菌种液，放出其余部分进入提炼加工工序，在剩余的培养液中加满新的未接种的培养液，继续培养，如此反复，谓之半连续培养。

补料分批培养又称半分批培养，是指在分批培养过程中，间歇或连续地补加新鲜培养液，但不取出培养物。待培养到适当时期，将其从反应器中放出，从中提取目的生成物（菌体或代谢产物）。若放出大部分培养物后，继续进行补料培养，如此反复进行，则称为重复补料分批培养。与传统分批发酵相比，补料分批发酵的优点在于使发酵系统中的基质浓度维持在较低水平，这有以下优点：a.可除去快速利用碳源的阻遏效应，并维持适当的菌体浓度，以减轻供氧矛盾；b.避免有毒代谢物的抑菌作用；c.大大减少了无菌操作要求十分严格的接种次数。与连续发酵相比，补料分批培养不会产生菌种老化和变异等问题，故其应用范围十分广泛。

固定化技术是指通过化学或物理方法将酶或酵母整个细胞固定在固相载体上，使发酵器中细胞浓度提高，细胞可以连续使用，从而使最终发酵液中乙醇浓度得以提高的方法。常用的载体有海藻酸钙、卡拉胶、多孔玻璃和陶瓷等。目前在这方面研究较多的是酵母和运动发酵单胞菌的固定化，通常，固定化运动发酵单胞菌比酵母更有优越性。

在试验研究阶段多用分批培养，有报道称，补料分批培养可克服水解液中发酵抑制成分的影响，乙醇转化率较高。另外，固定化细胞发酵技术已用于以我国的甜高粱茎秆为原料制取乙醇的生产工艺中。

3.1.4　燃料乙醇示范工程与应用

近年来，世界各国对纤维素燃料乙醇工业都进行了相应的研究，将其定位为大力开发的可再生能源。许多国家都制订了相应的开发研究计划，例如美国的“能源农场”、巴西的“酒精能源计划”、印度的“绿色能源工程”和日本的“阳光计划”等发展计划。其他国家诸如丹麦、荷兰、德国等，多年来一直在进行各自的研究与开发，并形成了各具特色的生物质能源研究与开发体系，拥有各自的技术优势^{［38，39］}。

我国在纤维素乙醇技术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%（质量分数）；华东理工大学已于2005年建成了纤维乙醇600t/a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进行研究；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达86.4%，糖转化为乙醇产率的48.2%。下面将对国内外纤维素燃料乙醇工业的实例进行介绍^{［40～42］}。

3.1.4.1　国外纤维素燃料乙醇工业的实例介绍

目前纤维素乙醇中试生产工艺主要有以下3种。

（1）黑体后蒸汽爆破工艺

蒸汽爆破是将纤维素材料在高温高压下维持一段时间，随后突然释放压力的一种处理方式，在处理过程中可以加入一定量的硫酸、氨水及其他化学品，从而加强预处理的效果。采用此类工艺的主要有加拿大Iogen、美国杜邦与丹麦丹尼斯科公司合作的DDCE公司等。

（2）黑体后稀酸及水热处理工艺

稀酸处理工艺是采用低浓度的硫酸、盐酸、磷酸等无机酸及甲酸、乙酸等有机酸，在高温条件下处理一定时间，从而增加纤维素水解效率。具有代表性的主要有芬兰科伯利公司（Chempolis）、意大利康泰斯（Chemtex）、丹麦（Dong Energy）公司等。

（3）黑体后气化发酵工艺

气化发酵工艺是将纤维素材料在高温气化炉中进行气化，生成含有CO、CO₂、H₂、CH₄、水蒸气及含量较低杂质的合成气，将合成气经过处理后通入特定的发酵设备中，经过发酵将CO和H₂转化为乙醇。新西兰的郎泽公司（Lanza Tech）及美国的Coskata公司采用此类工艺建成了合成气生产乙醇的中试装置。

国外纤维素燃料乙醇工业发展迅猛，特别是美国前总统布什大力支持可再生能源的开发，争取到2017年燃料乙醇的生产达到350×10⁸USgal之后，广大的能源企业争先恐后的建设纤维素燃料乙醇的中试以及大规模的工厂。这些企业中比较大型、实力雄厚的如：Verenium公司、Coskata公司、Range Fuel公司、Mascoma Corporation和Abengoa Bioenergy公司^［43］。

此外，国外有很多公司在专门从事燃料乙醇的研究工作，下面将介绍几家规模较大的企业的研究方向和进展。

① Verenium公司　Verenium公司于2008年5月在美国路易斯安那州的Jennings建造了一个生物质酒精的示范工厂，以甘蔗渣和树木为原料，采用2级稀酸水解工艺，可年产酒精140×10⁴USgal。以此中试工厂为基础，Verenium公司准备建造酒精年生产能力为3000×10⁴～6000×10⁴USgal的规模的工厂。美国能源部于2008年7月给该公司2亿4千万美元的联邦计划资助，令其在美国境内建造9个小规模的生物炼制工厂。

该公司的2级稀酸水解工艺过程主要可以分为10步，分别为：a.原料的输送；b.原料的预处理，包括粉碎和清洗；c.稀酸水解半纤维素，通过蒸汽爆破以及较温和的稀酸水解工艺，将生物质中的半纤维素转化为五碳糖；d.固液分离，将含有五碳糖的液体与固体物料分离，液体进入五碳糖发酵罐中，固体物质通过清洗后进入六碳糖的发酵罐中；e.五碳糖发酵；f.回收到的纤维素和木质素的物料，在六碳糖发酵罐中进行连续酶水解和发酵工序，得到稀的乙醇溶液；g.将五碳糖和六碳糖的发酵液混合，进入精馏工序；h.稀乙醇溶液精馏，可得到含量为100%无水乙醇；i.水解之后的木质素残渣，进行燃烧，作为蒸汽的一部分热源；j.将无水乙醇运送至各分销点，流通进入市场。

② Coskata公司　目前Coskata公司仅在实验室中生产纤维素燃料乙醇，2009年初，投资了2500万美元在美国宾夕法尼亚州的麦迪逊建造以生物质、农业及城市废物为原料，每年生产能力为4×10⁴USgal的纤维素燃料乙醇中试工厂，2011年初扩大生产规模至1×10⁸USgal/a。目前已从Globespan Capital Partners、GM、Khosla Ventures和Great Point Venturesand Advanced Technology Ventures处募集了3千万美元的资金。

该公司的燃料乙醇生产工艺可以分为3步：a.气化部分，将原料气化得合成气；b.发酵部分，将第一步得到的合成气发酵为燃料乙醇；c.分离以及回收燃料乙醇。该生产工艺具有高效、低运行成本和灵活的优点，主要是因为：微生物具有高的选择性，可以接近完全地利用能量；如果采用稻草、农业废物和木屑为原料，可以减少80%～90%的CO₂排放，并且过程最后没有固体垃圾排放、废液处理及高价纤维素酶的限制；该过程能量的产出比投入高7.7倍，而玉米乙醇所产出的能量约是投入能量的1.3倍；而且该生产工艺不受纤维素酶的限制，采用独自开发的微生物将合成气转化为燃料乙醇，原料适用性强，可以选用木屑、稻草、林产品、玉米秸秆、城市垃圾和工业有机垃圾作为原料。

③ Range Fuel公司　2008年第一季度，Range Fuel公司的中试工厂开始生产燃料乙醇，该中试工厂位于其在美国科罗拉多州丹佛市的研发中心。其生产工艺与Coskata的工艺相近，均是先采用热转化的方式将生物质原料转化为合成气，而后将净化过的合成气通过催化剂转化为燃料乙醇。

该工厂所用的生物质原料为林业废物、农业废物以及玉米秸秆等，在此中试工厂之后，Range Fuel公司于2007年11月在美国乔治亚州的Soperton开始兴建其第一座商业化规模的纤维素燃料乙醇工厂，该工厂于2010年第一季度建成，甲醇和乙醇的实际生产能力达1×10⁸USgal/a。

④ 国外其他燃料乙醇公司　玉米燃料乙醇生产公司——POET公司，也开展了燃料乙醇相应的开发工作。该公司要将其在美国爱荷华州的Emmetsburg现有的玉米燃料乙醇装置进行改造扩建，由原来的5000×10⁴USgal/a的生产能力扩大至1.25×10⁸USgal/a，其中2500×10⁴USgal为纤维素燃料乙醇。该工程目前已经开工，所用原料为玉米和谷物的废弃纤维。

杜邦公司与杰能科公司计划在2009年建造一座纤维素燃料乙醇的中试工厂，2012年建造商业化工厂，以后的3年内共投资1.4亿美元，其中杜邦和杰能科各投7000万美元。该工厂采用玉米秸秆和甘蔗渣为原料，杜邦公司提供纤维素预处理技术及乙醇纯化技术，杰能科公司提供酶水解技术。

Blue Fire Ethanol公司将与MECS和Brinderson共同在美国加利福尼亚州的兰开斯特建造生产能力为310×10⁴USgal/a的纤维素燃料乙醇工厂。同时Blue Fire Ethanol公司还将与DOE合作建造另外一间燃料乙醇工厂，该工厂的原料为垃圾填埋场的固体垃圾，生产能力为1.7×10⁷USgal/a。

Abengoabio Energy公司隶属于西班牙Abengoa工程公司，该公司于2007年10月耗资3.5千万美元在澳大利亚的约克角建造了一个燃料乙醇的中试工厂。Abengoa公司计划耗资3亿美元在Hugoton Kan建造生产能力为4.9×10⁷USgal/a的燃料乙醇工厂，同时DOE资助7.6千万美元在堪萨斯州的Colwich建造一座生产能力为1.14×10⁷USgal/a的燃料乙醇生产工厂。

美国Mascoma公司成立于2005年，是一家专门从事纤维素乙醇研发的高技术公司，总部设在麻省剑桥，研发部门在新汉普顿，已经获得2007年纽约州政府奖励1480万美元，以及Red Herring奖和Lemelson-MIT奖。示范工厂建在纽约Rochester，利用Genencor国际公司现有的设备及酶系统，采用Mascoma的创始人之一及首席科学家LeeLynd的技术，利用木屑和废纸生产乙醇，乙醇年产量50×10⁴USgal。LeeLynd的“利用纤维素原料生产乙醇的无机械搅拌的连续工艺”为：经稀酸预处理后的纤维素浆、发酵菌和酶混合物连续进入温度控制在60℃的生物反应器中，经糖化发酵为乙醇。反应物在反应器内分为三层：上层为乙醇、水蒸气和微生物的混合气，中层为乙醇、水和微生物的混合液，下层主要是不溶的原料渣。中层混合液连续流出，一部分直接进入到蒸馏单元，另一部分回流到反应器以保证反应器内的酶和微生物浓度。上层气体中的乙醇可提纯，下层残渣在提取出乙醇和酶等后可用于燃料供热。该工艺特点是可实现酶和微生物的内循环，反应时间短，单位体积产率高。从2006年至今，Mascoma公司累计从Khosla、Flagship和General Catalyst Partners公司等获得风险投资高达5000万美元。

加拿大Sun Opta是美国NASDAQ上市公司，成立于1973年，下属的生物技术集团是世界上在纤维素乙醇的预处理、蒸汽爆破和精制生产工艺领域处于领先地位的公司之一，20年前在法国建立了第一家纤维素乙醇厂。该公司开发了全球第一套利用高压无水氨预处理纤维素的连续式生产工艺和设备，并于1999年申请了加拿大等国的专利，原理是先将原料放入压力为1.38～3.10MPa、装有活化剂的预处理反应器中，停留时间为1～10min，然后在常压下爆破，使原料角质化，再进行糖化发酵。由于Sun Opta公司拥有先进的纤维素乙醇技术，它为多个纤维素乙醇商业化项目提供技术。Abengoa与Sun Opta公司合作，于2005年8月开始在西班牙Babilafuente（Salamanca）的BCYL粮食乙醇厂旁边建设一座日处理70t干草，年产5000kL生物质乙醇厂，采用添加催化剂的蒸汽爆破预处理以及同步酶水解发酵工艺，是世界第一家纤维素乙醇商业厂。Sun Opta为该项目提供专利的预处理技术和设备。Sun Opta还对与Celunol公司合作的Jennings项目提供设备和技术，利用甘蔗渣生产乙醇，于2007年夏季开始建立美国第一个纤维素乙醇商业厂。2006年Sun Opta与黑龙江华润酒精有限公司合作在肇东市建厂，由Sun Opta提供系统和技术，利用玉米秆生产乙醇。Sun Opta还与加拿大Green Field乙醇公司成立合资公司，专门设计建造从木屑制造乙醇的工厂。

3.1.4.2　国内纤维素燃料乙醇工业的实例介绍

目前我国对燃料乙醇工业的研究也进展迅速，国内多家企业和科研单位对该工业投入了大量的人力物力进行研究，具有代表性的有：河南天冠集团、中粮集团、山东泽生生物科技有限公司、华东理工大学、中国科学院广州能源研究所和中国科学院过程工程研究所等。

“十五”期间该课题被列为863项目“木质纤维素原料生物高效转化技术及产品”，在上海奉贤建成以木质纤维素为原料，年产非粮燃料乙醇600t的示范工厂。该项目由华东理工大学等6个单位承担，以木屑为原料，稀硫酸水解工艺为主，同时研究了酸酶联合水解、双酸水解等工艺，目前该项目已验收完成。该项目的成功开发，表明我国在纤维素乙醇领域已经取得了重大突破，其意义非常深远。由于受规模的限制，纤维素乙醇的生产成本过高，为6000～6500元/t，比以小麦为原料的粮食乙醇高500～1000元，但随着生产规模的扩大，能耗比例会相应下降，生产成本也会大幅下降。

河南天冠集团先后与浙江大学、山东大学、清华大学和河南农业大学等科研机构交流合作，攻克了秸秆生产乙醇工艺中的多项关键技术，使原料转化率超过18%，即6t秸秆可以转化为1t乙醇。针对秸秆原料的特殊构造，采用酸水解和酶水解结合，戊糖、己糖发酵生产乙醇。该集团自主开发培育高活性纤维素酶菌种，生产纤维素酶，通过优化工艺，提高酶活力，使生产纤维素乙醇的用酶成本降至1000元/t以下。同时，该集团还成功开发了酒精发酵设备，从根本上解决了纤维素乙醇发酵后酒精浓度过低的难题，降低了水、电、汽的消耗，有效地降低了生产成本。

由中国农业科学院麻类研究所和陕西师范大学等单位合作开展的麻类等纤维质预处理、糖化液酵解生成燃料乙醇研究，取得了重大的突破。形成了“麻类等纤维质酶降解生产燃料乙醇技术”，麻类纤维质总糖转化率达到67%，燃料乙醇转化率在40%以上。该项技术通过农业部成果鉴定。该项目首次将微生物技术应用于苎麻、芦苇和玉米芯等生物质合成燃料乙醇的预处理，开创了苎麻韧皮超临界二氧化碳介质中酶法预处理的先河。开发的高活性纤维素酶、木聚糖酶的活力显著高于国内同类水平。以木质素含量低的苎麻作为酶解生产燃料乙醇的原料，将超临界二氧化碳酶法脱胶、微生物发酵技术和酶工程有机结合起来，形成了苎麻生产燃料乙醇的新技术和工艺，使得苎麻韧皮、麻秆、玉米芯和芦苇的总糖转化率达到67%，糖醇转化率达到43.8%，达到国内同类研究领先水平，属自主创新成果。中国农科院麻类研究所表示，利用苎麻等纤维质生物降解生产燃料乙醇，“十一五”可望形成规模化生产工艺技术，为缓解我国能源危机提供新的途径。

天冠集团年产3000t的纤维素乙醇项目已于2006年8月底在河南省南阳市镇平开发区奠基，于2007年11月23日第一批燃料乙醇下线，这是国内首条纤维素乙醇产业化生产线，其技术水平在生物能源领域处于国际领先地位。该项目总投资4500万元，每年可消化玉米秸秆类生物质18000t，天冠集团负责人表示，在3000t装置运行正常的基础上，会对其进行改造，扩大生产规模至10000t/a。

山东大学微生物技术国家重点实验室研究课题试生产过程中生产纤维素酶、乙醇等产品。其近期目标（2006～2010年）为：先利用已经经过预处理的废弃纤维生产出纤维素酶和乙醇，尽快通过中试建立和完善木糖相关产品-乙醇联产工艺，建立起万吨级纤维素乙醇示范工厂，实现纤维素乙醇的较大规模试生产，并以此为进一步研发的工艺基础和基地，加快纤维素生产乙醇完整技术实用化的进程。中期目标（2010～2020年）为：在完善万吨级木糖相关产品-纤维素乙醇联产示范工厂的基础上，扩大原料品种（如玉米秸秆和麦秸秆等），扩大联产产品（如纸浆、化学品、饲料、沼气、CO₂等），进而以石油炼制企业为榜样，开发出以植物纤维资源为原料，全面利用其各种成分，同时生产燃料、精细化学品、纤维、饲料、化工原料的新技术，建立大型植物全株综合生物炼制技术示范企业。预期中国2020年可望建成年产200×10⁴t植物纤维基生物炼制产品的新兴产业，新增工业产值2000亿元，减少300×10⁴t石油需求，并安排60万农村人口就业，农民通过提供秸秆类原料增收300亿元，减少近亿吨CO₂净排放。远期目标（2050年）为：实现生物质原料（淀粉、糖类、纤维素、木质素等）全部利用，产品（燃料、大宗化学品和精细化学品、药品、饲料、塑料等）多元化，形成生物质炼制巨型行业，部分替代不可再生的一次性矿产资源，初步实现以糖类为基础的经济社会可持续发展。山东大学承担的“酶解植物纤维工业废渣生产乙醇工艺技术”项目，成功开发了木糖-乙醇联产工艺，实现了生物质资源的综合及高值利用。这项技术实现了玉米芯的高值利用。科研人员将提取了木糖、木糖醇后的玉米芯下脚料木糖渣中60%的成分，先进行深度预处理，然后将处理过的纤维素用作原料生产葡萄糖，再由葡萄糖进一步生产燃料乙醇，残余高热能木质素则充当燃料。山东大学研究并成功实现了纤维素酶的产业化，初步的技术经济分析表明，木糖-乙醇联产工艺的乙醇生产成本低于粮食乙醇成本，具有良好的经济和社会效益。

山东滨州光华生物能源集团有限公司完成的甜高粱茎秆生物水解发酵蒸馏一步法制取燃料乙醇系统项目，通过由山东省科技厅组织的鉴定，由中国可再生能源协会、中国农业大学、中科院等单位组成的专家组鉴定认为：该系统提高了产酒率和发酵速率，减少了固定物料位移次数，创新设计了一套由可移动式含蒸酒器和混合型静态生物反应器为一体的一步法生产燃料乙醇成套设备，减少了能耗，降低了成本，从而提高了经济效益。

甜高粱秸秆制取无水燃料乙醇工程项目已于2006年9月底在新疆南部莎车县启动。甜高粱秸秆制取的无水燃料乙醇部分功能可代替石油，且价格成本比市场上使用的93号汽油价格成本要低。使用甜高粱秸秆制取无水燃料乙醇可减少环境污染，提取燃料乙醇的废渣还可以作饲料、造纸、制作密度板的原材料，延伸产业链，提高综合效益。莎车县与浙江浩淇生物新能源科技有限公司合作共同开发的甜高粱秸秆制取无水燃料乙醇项目建成，可使莎车县4个乡镇近2万亩的甜高粱秸秆得到综合利用，农户种植甜高粱每亩可增收150～200元。该公司计划将用5年的时间分3期投资12.6亿元建设年产30×10⁴t甜高粱秸秆制取无水燃料乙醇项目。

由清华大学、中国粮油集团公司和内蒙古巴彦淖尔市五原县政府共同完成的甜高粱秸秆生产乙醇中试项目获得成功。中试结果显示，发酵时间为44h，比目前国内最快的工艺缩短了28h；精醇转化率达94.4%，比目标值高出44个百分点；乙醇收率达理论值的87%以上，比目标值高出7个百分点。该成果意味着我国以甜高粱秸秆生产乙醇的技术取得重大突破。在近一个月的试验期内，科研人员采用菌种（TSH-1）和转鼓式固态发酵装置实施了6次试验。这是我国采用固体发酵形式进行糖转醇的研究以来，首次成功实现乙醇收率超过预期指标。业内专家表示，该项目采用的发酵工艺与装备可行，为甜高粱秸秆制燃料乙醇进行工业化示范提供了科学的依据。据介绍，此次甜高粱秸秆制乙醇项目试验由清华大学提供技术，中国粮油集团公司提供资金，内蒙古巴彦淖尔市五原县政府提供原料和场地条件联合完成。以此项目为契机，内蒙古河套地区计划建设3×10⁴t/a的绿色生物燃料乙醇生产基地。专家预测，未来3～5年，我国的东北、华北、西北和黄河流域部分地区共18个省市区的2678×10⁴hm²荒地和960×10⁴hm²盐碱地将成为甜高粱的生产基地，加上我国每年产生7亿多吨的作物秸秆，这些地区将成为我国生物燃料乙醇工业丰富的原料基地。

吉林九新实业集团白城庭峰乙醇有限公司年产3×10⁴t玉米秸秆燃料乙醇项目于2007年5月初奠基，它标志着吉林省瞄准非粮生物原料开发生物能源工程，迈出了具有划时代意义的一步。由白城庭峰公司投资建设的这一秸秆燃料乙醇项目是目前我国唯一家利用玉米秸秆生产酒精（乙醇）的高技术项目，拥有目前国际上规模最大的秸秆燃料乙醇生产线。在技术上，该企业在加强国际合作的基础上，自行研发了具有自主知识产权的玉米秸秆燃料乙醇生产技术，并正在积极申报国家专利。据介绍，该项目建成后，每年可转化玉米秸秆23×10⁴t，可生产秸秆燃料乙醇3×10⁴t、秸秆饲料6×10⁴t，并可通过燃烧秸秆废料生产蒸汽64×10⁴t、发电4800×10⁴kW·h，年可实现销售收入1.78亿元，实现利润8200万元，带动当地农民年增加收入2700多万元。另悉，继2006年50×10⁴t燃料乙醇扩建项目达产后，一向以玉米为生产原料的吉林燃料乙醇有限公司正在开展原料多样化研究，积极探索走“非粮”路线。目前，该公司3×10³t/a玉米秸秆生产燃料乙醇工业化试验研究项目的某些关键技术已取得重大突破。此外，以玉米深加工为龙头项目、以燃料酒精（乙醇）为主要产品的吉安新能源集团有限公司也在尝试以甜高粱秸秆生产燃料酒精。吉林省秸秆原料丰富，随着玉米生产规模的扩大和效益的显现，秸秆燃料乙醇必将在全省形成新的产业，玉米等粮食秸秆也将从此变废为宝，成为重要的能源资源。

2007年9月28日，吉林燃料乙醇有限公司年3×10³t甜高粱茎秆制乙醇示范项目在江苏省盐城地区东台市启动。吉林燃料乙醇公司确定以甜高粱茎秆为原料制乙醇作为“非粮”发展燃料乙醇的方向之一，立足于不占用耕地、不消耗粮食、不破坏生态环境的原则，坚持发展“非粮”生产燃料乙醇路线。甜高粱是普通高粱的一个变种，其茎秆所含主要成分是糖类和纤维素。在充分利用甜高粱茎秆丰富的糖分生产乙醇的同时，还能综合利用其废物，创造更高的效益附加值。甜高粱籽粒可食用或作酿酒原料；叶片富含蛋白，可作饲料，也可直接还田，改善土壤；茎秆纤维部分可用来造纸，也可作为饲料。通过加工与综合利用，基本上不产生废物，可形成良性循环。该项目建设投资6500万元，以甜高粱茎秆为原料制燃料乙醇工程的实施，不仅开启了我国发展生物质能源的新途径，而且还可带动当地农民增收，拉动农业经济发展。

有关单位在山东禹城已经建立了以玉米芯为原料的产业集群，形成了玉米芯-低聚木糖、木糖醇、糠醛-纤维残渣发电的产业链条，并初具规模，年产木糖相关产品能力达5×10⁴t。然而，这些生产工艺只利用了原料中的部分半纤维素，7～10t原料才能生产1t产品，同时产生的数吨木糖渣只能低价卖给电厂烧掉。这些已经集中起来的木糖渣的纤维素含量高达55%～60%，由于已经经过深度预处理，比较容易被纤维素酶水解生成葡萄糖，进而发酵生成燃料乙醇。废渣的乙醇得率可以达20%以上。

在此基础上，山东大学开发出新的生物炼制工艺，从原料玉米芯生产出低聚木糖、木糖醇、燃料乙醇及木质素产品。据估计，“木糖-酒精联产”工艺的酒精生产成本低于粮食酒精成本，初步的技术经济分析显示，该项目有良好的经济和社会效益。该课题组目前已经建立起年产3×10³t乙醇的试验装置，正在完善木糖相关产品-酒精联产工艺，争取尽快建立起万吨级的纤维素酒精示范工厂。

由山东龙力生物科技有限公司和山东大学合作完成的国内第一套以木糖渣为原料的乙醇生产装置于2007年8月初通过技术鉴定。成果鉴定认为，木糖废渣生产纤维乙醇技术达到国内领先水平，是利用生物炼制技术发展循环经济的典型范例，符合国家的产业发展方向。该成果把生物炼制概念引入生物质资源开发领域，打破了原来用生物质单纯生产单一产品的传统观念，用玉米芯加工残渣为原料生产乙醇，其纤维素含量高达60%左右，纤维素转化率达到了86%以上，经检测产品达到燃料乙醇质量标准，实现了原料充分利用、产品价值最大化和土地利用效率最大化。同时，该成果避开了纤维素原料收集运输、预处理和戊糖利用3个难题。龙力公司在此成果技术的基础上，建成了国内首套以玉米芯废渣为原料、年产3×10³t乙醇的工业装置。

经过多年的努力，我国燃料乙醇事业有了飞速的发展，特别是粮食乙醇工业已跻身国际先列。但从我国的国情出发，我国并不适合发展粮食乙醇产业。通过多年以来对纤维素燃料乙醇的研究，我国在这一方面已取得了可喜的成绩，但是距离发达国家的先进水平还有一定的差距。因此，要合理利用优势，充分发展我国的纤维素燃料乙醇产业，为节能减排以及国家能源安全事业做出贡献。

3.1.5　燃料乙醇产业化进程

3.1.5.1　燃料乙醇现状

“十五”期间，我国在黑龙江、吉林、河南、安徽4省建成4个以玉米、小麦等陈化粮为原料的生物燃料乙醇生产试点项目，分别为吉林燃料乙醇有限公司、黑龙江华润酒精有限公司、河南天冠燃料乙醇有限公司和安徽丰原燃料酒精股份有限公司。2007年12月，中粮集团投资的20×10⁴t/a的木薯燃料乙醇试点项目在广西北海投产，成为我国迄今为止最大的非粮燃料乙醇项目。2011年，我国燃料乙醇产量为190×10⁴t，见表3-8。当前，我国生物燃料乙醇产业按照“定点生产、定向流通、封闭销售”的原则布点发展，黑龙江、吉林、河南、安徽、辽宁、广西6省全境和江苏、山东、河北、湖北4省的27个地市已经实现了车用乙醇汽油替代普通汽油。我国已成为继美国、巴西和欧盟之后的第四大生物燃料乙醇生产国和消费国。

国家《可再生能源中长期发展规划》明确提出，要高度重视生物质能开发与粮食和生态环境的关系，不得违法占用耕地，不得大量消耗粮食，不得破坏生态环境，不再增加以粮食为原料的燃料乙醇生产能力，未来重点发展非粮燃料乙醇，并努力实现纤维素乙醇的产业化，到2020年实现生物燃料乙醇年利用量1000×10⁴t的目标。据测算，我国以木薯、甘蔗、甘薯、甜高粱等经济作物为原料每年可生产第1.5代非粮乙醇1800×10⁴t。以稻草、玉米秸秆、小麦秸秆、稻壳、玉米芯等农林废物，每年可低成本生产第2代纤维素乙醇5000×10⁴～7000×10⁴t，生产潜力巨大。

根据国家发展和改革委员会发布的《可再生能源发展“十一五”规划》，在“十一五”期间，在东北、山东等劣质土地资源丰富的地区，集中种植甜高粱，发展以甜高粱茎秆为主要原料的燃料乙醇；在广西、重庆、四川等地重点种植薯类作物，发展以薯类作物为原料的燃料乙醇；同时开展以农作物秸秆等木质纤维素为原料的生物燃料乙醇生产试验。目前，在我国相关企业和研究机构的共同努力下，已建成、在建或筹建中的非粮燃料乙醇项目和纤维燃料乙醇项目见表3-9和表3-10。

3.1.5.2　燃料乙醇的政策环境

在燃料乙醇补贴方面，国家政策不断变化。2005年国家财政部发布了《关于燃料乙醇补贴政策的通知》，该政策为成本加利润型补贴政策，国家对各定点生产企业给予略有不同的定额财政补贴，如丰原生化生产燃料乙醇的补贴标准2005年为1883元/t、2006年为1628元/t、2007年和2008年同为1373元/t。2006年，国家对燃料乙醇的补贴政策由成本加利润型改为定额补贴，即对全国4家定点生产厂家的补贴全部统一为1373元/t。2007年，国家财政部再次出台《生物燃料乙醇弹性补贴财政财务管理办法》，国家对定点生物燃料乙醇生产企业的财政补贴由过去的定额制改为弹性制。按照新《生物燃料乙醇弹性补贴财政财务管理办法》规定：当油价上涨，燃料乙醇销售结算价高于企业实际生产成本，企业实现盈利时，国家不予亏损补贴。企业应当建立风险基金，风险基金要由企业专户存储，专项用于弥补今后可能出现的亏损。《生物燃料乙醇弹性补贴财政财务管理办法》还规定了弹性补贴标准的核定方法。当燃料乙醇销售结算价低于标准生产成本，企业发生亏损时，先由企业用风险基金以盈补亏，风险基金不足以弥补亏损时，国家将启动弹性补贴。

在弹性补贴政策的指导下，丰原生化生产燃料乙醇的实际补贴2007年为2251元/t，2008年为2185元/t。从2009年开始，补贴额度逐年下降：2009年为2246元/t，2010年为1659元/t，2011年为1267元/t。2012年初，财政部发布了2012年度生物燃料乙醇财政补助标准：以粮食为原料的燃料乙醇，补助标准为500元/t；以木薯等非粮作物为原料的燃料乙醇，补助标准为750元/t。

在其他优惠政策方面：初期，国家对5家指定的燃料乙醇生产企业免征5%的消费税，对生产燃料乙醇的增值税实行先征后返，对其生产所需的陈化粮实行补贴，对陈化粮的供应价格实行优惠等。从2011年10月1日起，根据财政部、国家税务总局联合下发的《关于调整变性燃料乙醇定点生产企业税收政策的通知》，以粮食为原料生产用于调配车用乙醇汽油的变性燃料乙醇，将逐步取消增值税退税政策，同时逐步恢复征收消费税。至2015年1月1日起，增值税退税政策则完全取消，并征收5%的消费税。

3.1.5.3　燃料乙醇的发展障碍

（1）黑体后粮食燃料乙醇已不可能实现增产

与美国的玉米燃料乙醇生产不同，我国人多地少的基本国情，决定了粮食必须首先用作口粮。民以食为天，食以粮为安，吃饭问题始终是头等大事，粮食安全关系国计民生。国家自2001年开始推广粮食燃料乙醇生产试点，初衷是为了消耗陈化粮，但是随着陈化粮逐渐减少，继续以玉米和小麦等为原料生产燃料乙醇变得不再可行。实际上，2006年年底，国家发布紧急通知，暂停核准和备案粮食燃料乙醇加工项目，要求积极发展非粮生物液体燃料。2007年9月，发改委出台《关于促进玉米深加工业健康发展的指导意见》，要求停止建设新的以玉米为主要原料的燃料乙醇项目，并鼓励发展第1.5代非粮燃料乙醇项目和第2代纤维素乙醇项目。

（2）黑体后非粮燃料乙醇发展受制于原料持续供应

由于甘蔗制糖更具经济性，因此，我国目前的非粮燃料乙醇生产原料主要为薯类。薯类生产乙醇的最大问题在原料品种、种植、收获和储存环节。特别是储存环节，需进行综合配套才能保证全年使用，这样势必导致成本增加。对甘薯而言，鲜薯无法长期过冬储存，仅能保证稳定供应2个月左右。而切片晒干是传统上的储存方式，但又是现在农民最不愿干的，劳动强度大且需要“望天收”。对木薯而言，作为热带作物引入我国后，在产量上有较大下降，我国目前还缺乏适应于亚热带地区生产的高产木薯品种。而且，种植经济作物的利润是木薯的3倍，农民缺乏种植木薯的积极性。对于马铃薯，单位面积乙醇产率及原料成本都不占优势，基本可不予考虑。而能源作物甜高粱生产乙醇，季节性太强，收获期仅2个月左右，存放期仅1个月左右，对于连续生产是个难题。

另外，用于非粮作物种植的边际土地开发难度大。能够用于非粮作物种植的边际土地数量以及非粮作物的大规模种植对生态环境的影响，目前还缺乏可靠的数据。边际土地的开垦成本谁来承担、低收益谁来补偿还未明确。

（3）黑体后纤维燃料乙醇产业化还面临着诸多挑战

从目前的情况看，纤维燃料乙醇技术还不成熟，生产成本较高。目前纤维燃料乙醇的生产成本高达每吨6000～7000元，近期目标是将生产成本降低到每吨5500元左右。造成生产成本较高的原因包括：a.部分关键技术还未突破，例如高效水解酶、五碳糖与六碳糖同步高效发酵产酒精技术还停留在分子操作水平的基础研究阶段；b.纤维类原料的预处理过程能耗高、水耗大；c.纤维素酶的生产成本高，生产效率低；d.能量产出与能量的投入比还有待提高；e.农作物秸秆能量密度小，分散度高，不易收集，集中收购成本高。

（4）黑体后燃料乙醇流通和销售环节存在问题

我国生物燃料乙醇产业按照“定点生产、定向流通、封闭销售”的原则布点发展取得了很大的成就。然而，由于销售困难，生产的燃料乙醇成品已无法存放，迫使广西中粮生物质能源有限公司于2011年3月21日宣布全面停产，该消息震惊了整个生物质能产业界。销售困难，究其原因在于加油站乱象丛生，“封闭”销售成一纸空谈。

为配合木薯燃料乙醇销售，广西壮族自治区于2007年12月23日颁布了《广西壮族自治区车用乙醇汽油管理暂行办法》，规定自2008年4月15日起全区封闭销售使用车用乙醇汽油，在广西境内不得销售其他汽油。按照《广西壮族自治区车用乙醇汽油管理暂行办法》规定，全广西境内所属加油站销售的汽油都应该来自于20座车用乙醇汽油调配中心，零售价格均执行国家发改委制定价格，与同标号的普通汽油同价。

然而，《广西壮族自治区车用乙醇汽油管理暂行办法》实施3年来，在自治区仍然存在同时销售乙醇汽油和普通汽油的现象，并未能完全实现在全区“封闭”销售使用车用乙醇汽油。目前，全广西壮族自治区境内中石油中石化所属加油站有1317座，社会民营加油站990座。然而，中石油所属加油站中销售乙醇汽油的只有50.2%，社会加油站中销售乙醇汽油的仅有12.12%。造成乙醇汽油市场覆盖率较低的主要原因有如下几条。a.社会加油站的油品来源复杂，多来自一些小炼油厂，更有非法走私的，其销售价格较低，甚至低于普通汽油价格。以南宁市曾经出现的加油站挂牌价为例，社会加油站的93号普通汽油零售价为7.45元/L，比中石油、中石化加油站的乙醇汽油低0.12元/L。由于社会加油站的价格优势，中石油、中石化加油站的市场销售份额急剧下降；加上乙醇汽油配送成本大于原有的普通汽油，在这种形式下，中石化、中石油的部分加油站也开始恢复销售普通汽油。b.一些社会加油站还存在着误导消费者的现象，例如，很多加油站都设立了写着醒目字样“纯汽油”的广告牌，对顾客宣扬使用乙醇汽油存在耗油量大且会损坏发动机等诋毁乙醇汽油的错误说法。c.车用乙醇汽油推广过渡期过长，来自社会加油站的劣质油品、普通汽油与乙醇汽油长期混用导致部分车辆油耗增加、动力下降，造成消费者对乙醇汽油的误解，促使消费者重新选择普通汽油。

（5）黑体后燃料乙醇市场接受度比较低

对于加油站以及乙醇汽油的使用者来说，乙醇汽油从价格方面与普通汽油相比并无优势，同时由于在消费观念、市场监管等方面仍然存在差距，大范围推广仍然存在障碍。汽车在使用乙醇汽油前一般需要先进行彻底清洗。在使用乙醇汽油后，行驶3×10⁴km以上的汽车必须进行一次油路清洗。虽然有些地方政府将清洗费用进行了相应规定，但很大一部分车主仍持观望态度。在推广使用乙醇汽油的试点地区，一些加油站因为害怕失去顾客而不出售乙醇汽油。

（6）黑体后定价机制不合理

国家规定燃料乙醇价格执行同期公布的90号汽油出厂价乘以价格系数0.911，由石油销售公司调配乙醇汽油。90号汽油价格本身就低，再乘以0.911，所以经济性比较差。此外，在封闭销售使用的省份中大部分地区已没有90号汽油，多是与更高价格的93号和97号汽油混配，但价格仍然统一到90号汽油上，经济性更差。

3.1.5.4　排除燃料乙醇发展障碍的对策与建议

（1）黑体后加大科研投入，攻克非粮乙醇和纤维乙醇的技术瓶颈

国家应在以下关键技术领域继续投入科研经费：a.薯类和甜高粱等的大规模低成本保鲜（半年以上）或低成本干燥等非粮燃料乙醇的原料储存技术；b.适合我国各地区的高产木薯、甘薯以及其他能源作物的品种选育；c.高效节能环保的纤维原料预处理方法和工艺技术；d.高活性纤维素水解酶，高效的酶解、酸水解工艺；e.高效的六碳糖、五碳糖同步发酵技术，相关的高效菌种开发；f.配套开发水解残渣的综合利用技术及节能型乙醇蒸馏技术。

（2）黑体后合理开发边际土地，加强非粮乙醇原料基地建设

开展全国性的边际土地普查，根据生态脆弱性、可开发利用程度等进行分类，确定能够用于各种非粮作物种植的边际土地数量及分布；政府主导加强对边际土地利用进行规划、评估；鼓励企业和个人对边际土地进行改良；加强非粮乙醇原料基地建设，引导农民与企业合作共赢。

（3）黑体后加大纤维乙醇产业的扶持力度

虽然目前的纤维燃料乙醇技术还不成熟，生产成本较高，但从长远来看，纤维乙醇才是生物燃料乙醇的唯一出路。建议国家在纤维乙醇的研发及产业化示范上提供财政支持，并出台相应扶持政策，整合国内研发力量，推动纤维乙醇产业化技术早日实现。

（4）黑体后完善燃料乙醇补贴政策，合理定价

为落实非粮替代的政策导向，推动燃料乙醇企业健康有序发展，建议国家在燃料乙醇弹性补贴的基础上，根据燃料乙醇生产原料分别确定补贴额度。基本原则是：纤维乙醇高于非粮乙醇，非粮乙醇高于粮食乙醇，逐渐降低并取消粮食乙醇补贴。提升燃料乙醇销售价格，建议燃料乙醇价格执行同期公布的93号汽油出厂价。

（5）黑体后规范管理社会加油站，真正实现“封闭”销售

广西目前出现问题的核心并不是车用乙醇燃料应用过程中出现的技术性问题，而是普通燃料与乙醇燃料在市场竞争中的不平等造成的。一方面，石油销售企业应该稳定生产与供应，保证乙醇汽油生产与供应；另一方面，在推广使用乙醇汽油的地区，应加强对社会加油站的监督检查，完善或出台相关的法规、管理办法和奖惩措施，为全面推广乙醇汽油创造良好的市场法制环境，真正落实“定点生产、定向流通、封闭销售”的原则。

（6）黑体后积极宣传乙醇汽油

加大乙醇汽油的宣传力度，提高车用乙醇汽油的市场认知度。通过印发“宣传手册”和“用户指南”、公益广告、记者专题采访、开辟新闻专栏等多种形式，以科学的理论和真实的检测数据为基础，广泛倡导使用车用乙醇汽油，正确引导消费者，改变消费观念，提高环保意识。

3.1.5.5　燃料乙醇的发展趋势

根据可再生能源发展“十二五”规划，到2015年，生物燃料乙醇利用规模将达到400×10⁴t。可以看出，国家大力发展生物燃料乙醇产业的决心不会动摇，在保持现有粮食燃料乙醇生产规模的基础上，近期将重点发展非粮燃料乙醇，并推进纤维乙醇产业化。

（1）黑体后2012年生物燃料乙醇产量同比下降

在粮食价格上涨，粮食燃料乙醇补贴下降，粮食燃料乙醇生产企业税收优惠逐渐取消等客观因素和主观政策导向的大背景下，燃料乙醇生产企业可能会主动减少粮食燃料乙醇生产。玉米价格从2005年的1100元/t上升至2012年10月的2200元/t。按生产1t燃料乙醇消耗3.3t玉米计算，每吨燃料乙醇仅原料成本就高达7260元，再加上加工成本，每吨燃料乙醇的成本至少为9500元。2012年10月90号汽油的出厂价为9295元/t，乘以价格系数0.9111后，燃料乙醇的销售价格为8469元/t，加上国家500元/t的补贴后为8969元/t，低于生产成本，因此，企业存在亏损的风险。随着粮食燃料乙醇补贴下降，粮食燃料乙醇生产企业税收优惠逐渐取消，企业将面临更大的亏损风险。为减少亏损，企业可能会减产。

（2）黑体后近期来看，发展非粮燃料乙醇是必然选择

粮食乙醇的快速发展引起了粮价的飙升，不利于农业结构调整，并可能引发国家粮食安全问题。近期来看，可以考虑木薯、甘薯、甜高粱等作为过渡性替代原料，减少对玉米、小麦等粮食的依赖，避免粮食价格继续攀升。我国拥有大量可种植能源作物的荒山、荒坡和盐碱地等边际性土地，例如，南方可发展薯类乙醇，北方可发展甜高粱乙醇。

（3）黑体后从远期来看，发展纤维乙醇是必由之路

由于薯类和甜高粱等非粮作物生长，同样需要土地和人工管理，随着未来非粮燃料乙醇的大规模发展，势必会推高原料价格。因此，从长远来看，以廉价而丰富的农林废物为原料的纤维乙醇才是未来的发展的方向。