Page 223 - 循环农业高产高效种养模式与技术研究

第八章 秸秆资源化利用

步研究阶段。第二代生物乙醇生产技术主要从含有木质纤维素的稻草秸秆中生产
生物乙醇，是日本目前大规模推广的乙醇转化技术。主要的生产工艺包括预处理、
糖化、发酵、浓缩纯化等。预处理是破坏木质纤维素的结构，分离出纤维素、半

纤维素和木质素的过程，有利于后续的糖化和发酵，目前预处理主要方法有水处
理、酸处理、碱处理和有机溶剂处理 4 种。糖化是水解纤维素和半纤维素的过程，
糖化的方法有两种，一是比较常用的酸处理方法，二是酶处理。发酵是酵母菌等
微生物在厌氧条件下将糖化的糖分解为乙醇和 CO2 的反应。发酵生产的乙醇浓

度在 10% 以上，需要进行浓度提纯，通常采用蒸馏法蒸馏乙醇和水形成的混合
物，得到浓度为 95% 的乙醇。日本在膜分离技术应用方面技术先进，利用膜分
离法提纯乙醇，可以得到纯度为 99.5% 的乙醇，可以直接与汽油混合作为汽车燃

料使用。
CaCCO(Calcium Capturing byCarbonation）乙醇转化技术是日本较为成熟的
小规模转化技术。CaCCO 工艺主要是用氢氧化钙预处理水稻秸秆，以增强多糖
酶的糖化，其主要的生产工艺是混合粉碎、预处理、中和糖化发酵，具体流程如
图 6 所示。首先将氢氧化钙和秸秆混合粉碎，在 120° C 热处理装置中预处理一

小时，在反应容器中加入 CO2 气体和酵素中和糖化发酵，制取出糖化物，糖化
物经发酵转换乙醇。该工艺的特点是适合小规模乙醇糖化发酵，采用 CO2 气体
中和糖化发酵，后期不需要清洗设备，乙醇糖化成本低。目前，通过发酵糖液，

制取乙醇之外，利用 CaCCO 工艺，还取得了琥珀酸、谷胱甘肽、色素、酶制剂
等发酵物。日本结合当地资源的利用情况，开展了使用各种原料生产生物乙醇的
示范试验。2008 年日本政府开始推广以水稻秸秆和小麦秸秆为原料生产生物乙
醇的项目，先后在北海道、秋田、兵库等地开展了生产验证试验和大规模示范项
目，年产量分别达 1040L、2.25 万 L 和 800L。2011 年日本建造了亚洲最大的以

水稻秸秆为原材料的乙醇生产工厂，每年可从 250t 水稻秸秆中生产浓度为 99.9%
的 1000kL 生物乙醇。2015 年日本研发出一种可移动的纤维素乙醇生产装置，该
装置小巧灵活，农民可以单独购置，可广泛应用于发展中国家。日本乙醇主要与

汽油按比例混合使用，主要混合汽油类型有 E3（3% 混合）和 E10（10% 混合），
截至 2016 年，生物乙醇在约 3240 个加油站混装销售。日本在促进秸秆乙醇利用
发面，出台了一系列政策措施。2002 年末日本政府提出《日本生物质能综合战
略》，指出要灵活地利用生物质能源，生产清洁能源的原料，替代石油等化石能

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