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摘要：随着我国社会经济水平的大幅度提高，我国现代工业化发展建设进程逐步加快，工业生产规模逐步扩大，极大地促进了我国工业生产企业的迅速发展。但由于工业生产所需能源数量越来越大，加之我国能源储备本身较少，直接导致我国能源紧缺问题日益严重。现阶段，我国现代科学技术迅速发展，生物乙醇原料得到有效的开发和利用，有效解决我国能源紧缺问题，本文主要从生物质能源生成原理着手，进一步分析了生物乙醇原料的开发制造原理，并对生物乙醇原料的综合利用进行了展望，望对未来生物乙醇原料的开发和利用提供相应借鉴。
关键词：生物乙醇原料有效开发利用展望
生物乙醇是以生物质为原料通过发酵制得的乙醇，生物质原料包括玉米、高粱、小麦、大麦、甘蔗、甜菜、土豆等含糖类和淀粉的农作物。此外城市垃圾、甘蔗渣、小树干、木片等纤维质原料也可用来生产生物乙醇。目前生物乙醇主要来自于谷物粮食发酵，该工艺生产技术已相当成熟，但生产成本较高，且受到粮食安全等社会因素的制约。生物乙醇最廉价的制取途径是废弃的农作物秸秆发酵。近年来，国内外在生物发酵技术及提纯分离乙醇技术等方面取得了重大进展，利用植物纤维发酵生产乙醇的成套技术有了重大突破。
1生物质能源生成原理概述
生物质能源是地球上最普遍的一种可再生能源，它是通过植物光合作用，将太阳能以化学能的形式贮存在生物体内的一种能量形式，被称为绿色能源。狭义的生物质一般是指植物体在生长过程中，将太阳能转化为化学能，并存储在植物体各个器官内的能源物质形式。广义的生物质还包括以植物体或某器官为食物而转化至动物、微生物等生命体获得的能源物质形式，包括利用现代技术加工生物体或器官后剩余的废弃物等。因此，生物质能源从根本上说，来源于太阳能，使所存储的能量转移至生物质依赖于光合作用，因此生物质主要为含碳、氢有机物，具有含硫、氮少，CO2排放几乎为零的优点，另外一般还含有少量的钾、钠等金属元素。随着经济的发展和人民生活水平的提高，常规能源储量的有限性和对环境的危害性已经不能满足经济社会发展的需求，生物质能源作为可洱生的清洁能源曰益受到关注。以纤维质为原料制备生物乙醇是最具发展前景的生物质能源之一。淀粉质原料制备乙醇的技术已经成熟，考虑到粮食安全问题，目前我国的生物乙醇的发展已经转向“非粮”原料，即利用农副产品和农产品加工的剩余物进行生产乙醇的尝试。我国是农业大国，麸皮作为面粉加工业的剩余物，来源充足、成本低，且纤维素和淀粉含量较高，不失为制备乙醇的优质资源。纤维质原料制备乙醇的关键技术是原料的预处理，如何打破纤维素、半纤维和木质素的包裹结构，增加酶的可及性、降低酶的用量，提高还原糖的降解效率是关键所在。
2生物乙醇原料的开发制造原理
2.1水解（糖化）
2.1.1淀粉原料水解
淀粉分子，淀粉由葡萄糖基团聚合而成的，是多糖中最易水解的一种。天然淀粉含有直链与支链两种淀粉结构，不同原料中直链结构淀粉的质量分数分别为：玉米21%-39%、小麦40%、土豆25%。淀粉糊化与液化。淀粉在水中加热、溶胀，60-80℃时破裂，开始糊化成α-淀粉，再加热使支链淀粉溶解，成流动性醪液，即完成了淀粉液化。不同淀粉原料完全液化温度为：土豆132℃、小麦136-141℃、玉米146-151℃。淀粉水解（糖化）在已经完成液化的淀粉醪液中加入酶制剂或糖化曲，使淀粉全部转化为葡萄糖。
2.1.2纤维质原料水解
纤维素、半纤维素、木质素。纤维素是由葡萄糖β-1，4-糖苷键连接而成的聚合物，是结构上无分枝、性质稳定的多糖，它是构成植物细胞壁的主要成份。各种纤维质原料中的纤维素质量分数为：稻麦秸杆40%-50%、木材40%-50%、玉米芯53%。半纤维素、木质素与纤维素一起伴生于植物细胞壁中，半纤维素是一种易水解的多糖。木质素是具有苯基丙烷结构单元，并通过碳-碳链接而成三维结构的高聚物，其性质稳定、较难水解。纤维素水解。可用酸水解与酶水解两种方法对纤维素进行水解。纤维素的酶水解以纤维素酶为催化剂，其由C1和Cx组成。纤维素先被C1降解为低分子化合物，再由Cx的几种酶作用成为纤维二糖，最后再由β-葡萄糖苷酶水解为葡萄糖，由于纤维素性质稳定，酸或酶水解速率，糖得率低，利用难度较大。
2.2乙醇发酵
乙醇发酵是在酵母菌存在下发生的，乙醇发酵是厌氧母菌在厌氧条件下发酵己糖形成乙醇，反应过程由大量酶催化来完成。其反应过程分为两个阶段：第一阶段：糖经糖酵解（EMP途径）分解为丙酮酸（EMP途径也可由其它方式完成）；第二阶段：在无氧条件下，丙酮酸由脱羧酶催化成乙醛和二氧化碳，乙醛进一步还原为乙醇，能量反应的副产物为甘油、有机酸（琥珀酸）、杂醇油（高级醇）、醛类、酯类等。葡萄糖制乙醇的理论产率为180g葡萄糖可产乙醇92g，收率51.1%。
3未来生物乙醇原料综合利用的总结和展望
将生物质材料转化为工农业生产中可直接使用的能源物质，方法主要有物理法、化学法和生物法。物理法主要为粉碎和加热，工艺简单，但耗能较高，生物法是进行微生物降解，处理时间相对较长，化学法主要通过与酸或碱的化学反应，相对耗能低，反应快，但工艺相对复杂，副产物复杂。生物质能源是绿色、可再生能源，蕴藏量巨大，分布广泛。只要有阳光照射，绿色植物光合作用就不会停止，生物质能则不会枯竭。生物质能源又是可再生能源中唯一可以储存与运输的能源，这给能源转换和连续利用带来方便。我国生物质资源储量丰富，但有效利用率还很低。发展生物质能源，不仅可以部分替代化石能源，改善生态环境，更在于生物质能源产业的发展可以形成很长的产业链。生物质通常分散于各地，不集中，且与季节、气候有关，这些因素给生物质原料的集中带来了不少麻烦。因此，生物质能源的开发与利用，涉及到农业、交通运输、工业、通信、环保、能源等多行业，使得生物质源材料的种植与养殖、收集、运输、仓储、管理等相关行业得以相应发展，各环节都是生物质能源开发利用中必不可少的。因此，生物质能源开发利用必将带动各产业协同统一发展。原材料大量来源于农林畜牧业，生物质资源的利用将是农业经济一个新的经济增长点，必将直接带动农村经济迅速发展，推动新农村建设的进程。因此，积极发展生物质能源既可以解决国家能源安全问题，又可以有效改善生态环境，还可以为农林畜牧业废弃物增值，增加经济收入，催生新的产业链，是一个一举多得的国家战略，有利于确保我国国民经济稳步增长。
结束语
随着我国能源紧缺问题日益严重，为了进一步促进我国能源可持续发展，现代工业生产过程中，工业生产制造企业务必要积极利用现代科学技术，重视生物质能源的开发和利用，尤其是生物乙醇原料的进一步开发和利用，用生物乙醇原料等生物质能源代替传统化石能源，不仅能够在从根本上解决我国能源紧缺问题的同时，全面满足我国现代工业生产制造的整体能源需求，还能够进一步促进我国生态能源可持续发展，全面改善我国生态环境污染问题，对促进我国国民经济水平长期稳定地发展有着极其重要的作用。
参考文献：
[1]刘贺，朱家庆，纵秋瑾，等.生物质转化工程酿酒酵母的研究进展[J].生物技术通报，2017，33（1）：93-98.
[2]黎英文.离子液体在生物质催化转化为高附加值化学品中的应用[D].华南理工大学，2017.
[3]顾增权.天然保肝活性成分的筛选及制剂工艺的研究[D].江苏大学，2017.