以玉米芯为原料,通过功能糖和纤维乙醇联产实现增殖,附成本分析

在农村,玉米芯比较常见,我国北方地区大多高产玉米和玉米芯。玉米芯是用玉米棒脱粒加工再经过严格筛选制成,具有组织均匀、硬度适宜、韧性好、吸水性强、耐磨性能好等优点。玉米芯富含纤维素、半纤维素和木质素。

以玉米芯为原料,通过功能糖和纤维乙醇联产实现增殖,附成本分析

以玉米芯为原料,通过糖醇联产生产木糖、木糖醇、低聚木糖等功能糖产品和纤维乙醇具有很好的经济前景。糖醇的工艺路线是:玉米芯-----高压蒸煮-----酶解糖化---净化离交-----蒸发结晶----加氢醇化--净化离交---蒸发结晶----干燥包装--成品;纤维乙醇的工艺路线是:原料收集——预处理——酶解——糖化——发酵——蒸馏——混配。其中预处理成本和纤维素酶成本是制约纤维乙醇成本的主要因素,以纤维乙醇为单一产品是不具有经济价值性的。目前,国际上生产纤维乙醇主要是通过生物炼制的模式,其中以意大利康泰斯 “PROESATM生物精炼技术”为代表,此技术是用无化学品添加的秸秆预处理方法,然后通过酶解和C5、C6共同发酵生产纤维乙醇,蒸馏酒精废醪液用于污水处理厌氧发酵生产沼气,剩余的发酵残渣制备木质素燃料用于生产绿色电力,以绿色电力获得国家补贴。

以玉米芯为原料,通过功能糖和纤维乙醇联产实现增殖,附成本分析

利用“糖醇联产模式”即纤维素乙醇生产与生物质功能糖制备相结合是比较经济的,如图1所示。利用玉米芯经过预处理将原料中的木聚糖用来生产功能糖——木糖、木糖醇和低聚木糖,剩余的废渣用于诱导微生物生产纤维素酶,采用预水解糖化发酵法利用纤维素酶和酵母将纤维素转化为燃料乙醇,剩余的酒精醪液厌氧发酵生产沼气,而发酵剩余残渣主要是木质素,以高纯木质素、高品质木质素磺酸盐、脲醛木质素等产品形式进行销售。在整个工艺过程中龙力生物以“玉米芯酶法制备低聚木糖”、“玉米芯废渣制备纤维乙醇技术与应用”二项成果分别在2006和2011年荣获国家技术发明二等奖和“嗜热真菌耐热木聚糖该酶的产业化关键技术及应用”在2011年荣获国家技术进步二等奖。

以玉米芯为原料,通过功能糖和纤维乙醇联产实现增殖,附成本分析

在整个炼制过程中,将玉米芯中的三大组分进行分级利用,将木糖提取预处理工艺和纤维乙醇生产预处理工艺相耦合,实现了纤维乙醇原料和预处理成本的最小化。玉米芯提取木糖后的木糖渣5t可以生产1t乙醇,转化率达70%以上;结合木质素终端产品的开发和纤维素酶成本的降低,开发了木质素提取联合乙醇预处理工艺,提高了纤维乙醇的发酵终浓度,转化率提高到85%。即10吨玉米芯生产1吨木糖醇(23000元/吨木糖醇),1.5吨乙醇(7200元/吨乙醇),1吨木质素(5,400元/吨木质素),合计产值39200元。传统纤维乙醇生产工艺每7-10吨玉米芯(或秸秆)生产1.5吨乙醇(7,200元/吨乙醇),产值10800元,其中玉米芯成本占5600元~7000元,加上纤维素酶和预处理能耗等成本3000元。在此炼制工艺中既可以将原料和预处理成本转移到高附加值产品中去,就地生产纤维素酶,进而酶解、发酵生产乙醇,加上木糖和木糖醇行业的利润,整个生物炼制工艺具有经济可行性。该项目小规模投资难见效益,最低投资建议亿元以上。

以玉米芯为原料,通过功能糖和纤维乙醇联产实现增殖,附成本分析

我国推行燃料乙醇的真正意义是通过对可再生能源的开发逐步摆脱对于石化能源的依赖,保护我国能源安全的问题;其次石化能源快速消耗是我国目前环境恶劣的元凶,加上近两年来雾霾天气频频来袭,环境保护迫在眉睫。因此国家政策也在大力发展乙醇汽油。目前国内诸多省份已经在全力推广,国家计划在2020年基本实现乙醇汽油全覆盖,而发展功能糖和纤维燃料乙醇联产模式不但可以减少粮食乙醇的使用,而且可以很好的实现玉米芯循环经济,使粮食、环境、能源、农民、企业等多方受益。

以玉米芯为原料,通过功能糖和纤维乙醇联产实现增殖,附成本分析