1、新一代燃料-纤维秸秆丁醇,石油资源是现代社会的能源和资源基础,石油资源紧缺而导致的石油价格持续上涨已成为不可逆转的趋势,据预测，按照现在的开采速度，目前世界已探明的石油贮量至多可供使用40-50年,车用燃油占我国石油消费总量的三分之一,我国石油储量只有全球的2%2005年开始进口依存度高达41.3%车用燃油消耗每年递增15-16%2015年车用燃油消费量预计将达到全国石油消费量的65% 按照目前的开采速度，中国石油贮量至多可用30年,迫切需要寻找性能相近、廉价、清洁、可再生的车用替代燃料！,纤维丁醇是一种极具潜力的新型生物燃料,汽油,丁醇,乙醇,甲醇,热值 Btu/gallon,114,000
2、,110,000,84,000,64,000,汽油,丁醇,乙醇,甲醇,辛烷值,96,94,92,91,亲水性弱，腐蚀性小，便于管道输送能与汽油任意比混合可替代或部分替代汽油做发动机燃料，缓减化石燃料的紧张含氧量与甲基叔丁基醚(MTBE)相近生物丁醇的生产原料淀粉、纤维素 等价格低廉。并且燃烧产物仅为二氧化碳和水丁醇作为汽油的高辛烷值组份，可提高点燃式内燃机的抗暴震性，使发动机运行更平稳。,丁醇的性能,丁醛、丁酸,丙烯酸丁酯 (溶剂),邻苯二甲酸二丁酯 脂肪族二元酸二丁酯 (增塑剂),丁二烯,醋酸丁酯 (溶剂),丁胺,丁醇还是一种重要的平台化合物,酯化、取代、消去、氧化、还原,丁醇,聚丁二烯橡胶
3、 丁苯橡胶,生物丁醇研究进展,1861年，Pasteur观察到由乳酸或乳酸钙做丁酸发酵时，丁醇以副产物出现二战以后，杜邦公司首先发明了由丁醇生产乙酸乙酯的方法，并大量用于汽车工业用油漆的生产中，从此丙酮丁醇发酵进入了黄金时期到1949 年，美国39的丁醇开始采用发酵法获得；而日本，1万 t 的丁醇有91.8由发酵法获得。2006 年6 月,美国杜邦(Dupont) 公司和英国BP公司联合宣布建立合作伙伴关系,共同开发、生产并向市场推出新一代生物燃料生物丁醇,以满足全球日益增长的燃料需求,该生物丁醇厂将2009年投入运营2006 年,英国政府计划利用英格兰东部的甜菜生产生物丁醇,将其与传统汽油混
4、合后,用作车辆驱动燃料。2007 年2 月,英国投资25 万英镑,其他股东和商业人士投资31 万英镑,计划开发新一代低成本生物燃料丁醇,郑州大洋公司05年开始研发秸秆丁醇,我国生物丁醇研究进展,主要生产菌株丙酮丁醇梭菌、拜氏梭菌等5个种全基因组序列1个种已发表、1个种正在进行遗传操作系统已经基本建立可行性方面：拓宽底物谱，提高对廉价底物的利用能力，提高丙酮丁醇转化率，提高溶剂耐受能力工艺方面：分批、流加连续发酵，渗透汽化发酵耦合系统,菌种资源丰富，发酵工艺基础好,1960年筛选到22株具有较高溶剂合成能力的丙酮丁醇梭菌 1960年后，建立了丙酮丁醇产生菌分离、选育、生理特性及发酵工艺的研究平台
5、,丙酮丁醇梭菌，工业生产菌株,丙酮丁醇梭菌的蛋白质组学研究， 获得了丁醇浓度胁迫下的蛋白差异表达谱,丁醇的合成方法：化学合成,1 以乙醛为原料，经醇醛缩合成丁醇醛，脱水生成丁烯醛，再经加氢后得到正丁醇 2 以丙烯为原料，经羰基合成法生成正、异丁醛，加氢后分馏得到正丁醇,生物丁醇的生产方法 【以谷物为发酵原料】,.ABE（丁醇丙酮乙醇）一步发酵法： 传统的一步法发酵ABE 是以玉米、木薯等淀粉质农副产品或糖蜜甘 蔗、甜菜等糖质产品为料，经水解得到发酵液，然后在丙酮丁醇菌作 用下，经发酵制得丁醇、丙酮及乙醇的混合物，三者比例因菌种、原料、 发酵条件不同而异，通常的比例为631，糖蜜发酵获得的丁醇比
6、例 高。其发酵程序见图,以纤维素秸秆为原料,秸秆中半纤维素、纤维素、木质素三组分拆分，综合利用 1， 半纤维素生产糠醛，纤维素生产丁醇或乙醇，木质素废渣热电联产 2， 半纤维素生产木糖，纤维素生产丁醇或乙醇，木质素废渣热电联产 3， C5C6共发酵生产纤维丁醇或纤维乙醇，木质素渣热电联产； 4， C5C6共发酵生产纤维丁醇或纤维乙醇，木质素提取， 5， C5生产沼气，C6发酵生产生物丁醇或纤维乙醇；木质素废渣热电联产,秸秆水解制取发酵糖,有机酸或无机酸低温常压水解 有机酸或无机酸高压水解。 纤维素酶水解。 间歇水解、连续水解，分级水解,萃取发酵,萃取发酵就是将发酵技术和萃取操作结合，把丁醇从醪
7、液中移去， 不仅解除了底物抑制，也避免了代谢产物的积累对微生物生长的影响。 选用油醇为萃取剂，利用间歇萃发酵方式，使丁醇的产量大幅增加，也 以生物柴油为萃取剂，使得丁醇萃取发酵中的总溶剂产量比传统分批发 酵中的产量提高54.88,发酵分离耦合技术,发酵罐,耦合分离装置,含丁醇的溶液,1、研究随程气提和萃取与丁醇发酵的耦合技术 2、比较游离细胞和固定化细胞的发酵分离耦合体系,渗透汽化发酵,固定化技术固定化技术是将细胞固定在载体上，利用细胞内酶来实现酶 催化反应的、它的本身是多酶体系。将梭菌细胞固定在藻酸钠胶体 颗粒上，进行生物化学反应，产物以丁醇为主，丁醇产率至少可保 持1 周不变。与传统发酵法
8、相比，其具有反应速度快，产率高；重复 利用性高，粮耗和能耗少；设备投资少，控制方便等优点。,合成方法、发酵方法的比较,1. 羰基合成催化剂采用重金属铑的络合物，醛加氢催化剂采用重金属氧 化铜、氧化铝等有害催化剂， 虽然得到的正丁醇纯度为99.5%， 但杂 质为丁醛、辛醇、氯化物等，因而天然度较差，不能作为医药、香料添 加剂。2. 丙烯合成法采用石油裂解的丙烯作原料，采用不可再生原料3.生物学发酵法采用粮食或纤维素秸秆分解糖发酵，原料具有可再生性，催化剂采用生物菌种，无毒害，得到的正丁醇纯度为99.5%，副产物为丙酮和纤维乙醇,目前生物丁醇制造面临的问题,粮食原料的成本高，纤维素秸秆生产技术复杂
9、。 丁醇毒性造成的产物浓度低，生物糖转化率低发酵过程中的二氧化碳和氢气副产物的影响,亟待解决问题，培育转化率高的菌种，降低发酵底物成本，提高发酵产物的浓度，降低能源消耗。,应对挑战我们的解决方案：,1.阻断丙酮/乙醇的生物合成途径：通过对丁醇途径的重构和优化有可能降低丙酮和乙醇的合成量，在 保持菌株原有的较高转化效率的基础上进一步提高丁醇在总溶剂中所占 的比例，增强丁醇生产的经济竞争力，减少二氧化碳和氢气的生成。2.拓宽生物丁醇制备中的原料源：以前常用的原料是玉米、小麦，现在扩宽至薯类、菊芋。以后发展趋势是采用 秸秆纤维原料分解可发酵糖。选择价格低廉的氮源。3.培育和构建新型生产菌：通过菌株遗传，随机突变，基因重组等改 造，增强其丁醇耐受性仅为提高丁醇生物合成的选择性和产物浓度创造 了有利条件 4.降低蒸汽消耗。,进行传统 化学诱变,利用恒化器进行动力学筛选,丁醇耐受 能力提高,随机突变和功能基因组重测,耗糖能力提高,生长 速度提高,转录组分析,基因组重测,系列突变株,优选工艺,1.秸秆水解时优选低温水解，避免影响抑制丁醇发酵毒素的生成。生产工艺中催化剂最好能以重复利用。 2.尽量利用纤维素酶进行温和生物降解的方法，这样就避免了产生大量酸性废渣和固体废弃物硫酸钙。酸性废渣燃烧时释放二氧化硫，固体废弃物硫酸钙含有水解时植物中果胶和其它非糖物质，有难闻气味无法再利用。,
