植物秸秆酸处理与降解转化关系研究(2)

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3.2.3 H2SO4 浓度梯度预实验 17

3.2.4 小麦 H2SO4 预处理降解转化效率 18

3.2.5 芒草 H2SO4 预处理降解转化效率 22

结论 28

参考文献 29

致谢 31

1 绪论

目前，全球经济正加快发展，导致了人类对各种能源的需求量与日俱增。然而化石燃料等能源的储量急剧减少，且不可再生。另外，环境污染问题亦逐渐加剧，人类正面临着能源危机和环境污染双重挑战，因此寻找新的可再生能源是当前的首要任务之一。生物能源作为一种可再生资源，具有能量密度低、不便存储或运输、季节性差异显著、地带性强等特点。生物能源技术路线的核心是：将生物质资源通过生物化学方法降解转化制取生物乙醇[14]，用以代替目前消耗量最大的石油，解决能源问题。

1.1 生物质能

1.1.1 生物质概述

生物质能一般定义为农林业生产过程中的废弃秸秆、树木等木质纤维素、下脚料等废弃物质，其具有可再生性、低污染性和广泛分布性等特点[1]。据以往经验推算，绿色每年植物利用光合作用储存的能量相当于人类能源消耗的 5-10 倍。生物质能源的目的是利用绿色生物光合作用而贮存于生物体内的能量，主要包括纤维素、脂肪以及淀粉，用来生产可供人类社会发展需要的各种能源，其中主要是生物乙醇为代表。

自然界的生物质包括的范围很广，包括所有的有机质，如此大范围的资源不是都能被用来发展生物能源，研究者们根据生物能源的需求特点，提出了一种新概念称之为能源植物，即可以大量种植在较贫瘠的土地上，产量高且易制取生物质能的植物，例如像玉带草、芦苇、柳枝稷、芒草等。我国是个农业大国，每年仅秸秆一项的产生量就相当于 3 亿吨标准煤，大量的作物秸秆作为废弃物简单的燃烧、还田，利用效率非常低，因此，利用农作物秸秆生产燃料乙醇是发展生物质能的重要内容。

1.1.2 生物质能发展现状

人类利用生物能源的历史已经有近百万年了，然而传统的生物质能的利用主要还是以直接燃烧的方式。目前，全世界范围内仍以纤维素制取酒精以及发酵乙醇技术利用比较广泛，而规模化生物乙醇主要有两种方式。第一种是以甘蔗为原料转化生物乙醇，这种方式在巴西得到了较好的发展，取得了很好的经济与环境效益，第二种是以玉米淀粉为原料进行乙醇转化，这种方式以美国为代表，这两种方式转化并称为第一代生物乙醇。作为一种新能源，两者的成功应用，改变了世界单纯依赖石油的现状，但其成本较高，与人争粮，与粮争地，原料供应也有限，因此其发展潜力受到限制[7]。目前对于第二代生物乙醇的研究成为了各个国家的新热点，第二代生物乙醇一般是指以木质纤维素为原料转化生产纤维

乙醇。这样既能够很好的解决能源危机，又能够避免出现与人争粮的不利局面。木质纤维素原料是地球上最丰富、最廉价的可再生资源[21]。木质纤维素生产生物乙醇

主要是利用纤维素酶水解纤维素产生葡萄糖，供酵母发酵产乙醇，主要步骤包括：乙醇发论文网

酵、纤维素酶水解纤维素、原料预处理。在生产过程中，研究者针对每一个步骤们都做了大量的研究，然而纤维乙醇的转化效率还是很低，研究其原因，在亿万年的进化中植物细胞壁形成了高度聚合的复杂结构，用以保护自身抵抗外界不利因素的同时，也使是细胞壁中的纤维素等能源物质很难被轻易地降解释放，被定义为生物质抗降解屏障（Biomass recalcitrance）[10]。