中外能源28SINO- GLOBAL ENERGY2009年第14卷在石油為主要能源的世界中發(fā)展乙醇生產(chǎn)巴西乙醇生產(chǎn)的經(jīng)驗Henrique VAmorim, Mario L Lopes(巴西 Fermented公司,圣保羅州皮抑西卡巴市13420-640)摘要當(dāng)前,人們生活在依賴石油的世界中,因為汽油和柴油的價格不斷升高,許多國家都在尋求化石燃油的替代物。用糖類作物或谷物生產(chǎn)的乙醇被視為最好的替代物。然而,全球日前乙醇產(chǎn)量僅為汽油耗量的25%,所以乙醇需求增長迅速,市場廣闊。介紹了巴西乙醇生產(chǎn)的經(jīng)驗;在乙醇市場波動的情況下,乙醇生產(chǎn)商得以生存的措施;乙醇生產(chǎn)商的生產(chǎn)方式;乙醇生產(chǎn)所用糖漿原料的概況等。關(guān)鍵詞甘蔗乙醇巴西發(fā)酵生產(chǎn)生物燃料1前言的乙醇耗量迅速增長,當(dāng)時聯(lián)邦政府又頒發(fā)了旨在乙醇用作燃料的歷史始于汽車誕生之日。1908降低石油進口的“Proa"計劃,有關(guān)廠商因而受年,當(dāng)?shù)谝惠v福特 Model T汽車從裝配線下線時,到鼓舞,擴大了甘蔗生產(chǎn),并建設(shè)新的釀酒廠,生產(chǎn)就用乙醇作為其發(fā)動機的燃料,此時石油工業(yè)才剛用作生物燃料的乙醇。如圖1所示,在過去30年剛開始。后來,汽油開始用作燃料并發(fā)現(xiàn)其價格低里,巴西的甘蔗產(chǎn)量從1975年的9100x10%增長至廉,與此同時在在世界各地發(fā)現(xiàn)了新的石油儲量。2007年的49100×10t(原文如此,按圖1,應(yīng)為在數(shù)百萬年前,微小的水生植物和動物在高溫高壓39100×10——譯者注),2007年的甘蔗產(chǎn)量相當(dāng)于和多層沉積物的復(fù)蓋下,形成了液態(tài)物,人們稱之589×10%bl一次能源產(chǎn)量(按圖1數(shù)據(jù)計算,應(yīng)為為石油,它是碳氫化合物的混合物。煉油廠把這些469×10°bl——譯者注,lt甘蔗相當(dāng)于1.2bl原混合物分餾為各種油品,如汽油、柴油、液化石油油)。這些甘蔗是由7萬名農(nóng)民在600×10hm2土地氣、殘渣燃料油和其他產(chǎn)品。多少年來,人們目睹了上種植出來的,此耕地面積約為巴西全部耕地面積世界在消耗化石燃料的同時向大氣排放出數(shù)以百的27%。自“ Proalcool"計劃實施以來,聯(lián)邦政府已萬噸計的二氧化碳、其他氣體和有毒化合物等。但經(jīng)節(jié)約了用于進口原油(包括關(guān)稅)的外匯約1500是,到了1973年,情況發(fā)生了變化,國際原油價格億美元。猛漲,科學(xué)家們此時又宣稱,全球氣候正在加速變巴西燃料銷售網(wǎng)共有3萬多個加油站為2600暖,同時石油儲量正在逐年降低。當(dāng)前,全球汽油年10輛在汽油中混人22%-26%乙醇的汽車和540消耗量約為12x10%m3,而燃料乙醇僅占汽油需求量0輛用純乙醇或含不同比例乙醇(可變?nèi)剂霞夹g(shù))的25%。如今沒有任何替代燃料可以代替汽油的汽車加油。與此同時,汽車業(yè)推出了可變?nèi)剂掀秃鸵掖?。所?基于經(jīng)濟、社會和環(huán)境的原因,車,它們可使用純乙醇、汽油或兩者以任何比例摻全球燃料乙醇的需求正在增長,到2010年,其產(chǎn)量估計將增至550×10%m2。在依賴石油的世界中,巴作者禹 Fermented公司總景首席西作為主要的乙醇生產(chǎn)和使用國,具有特別的意義。執(zhí)中國煤化工農(nóng)業(yè)科學(xué)專業(yè),1970年2生物燃料乙醇CNMHG士學(xué)住,1972年尤成其從1923年起,巴西就將乙醇混入汽油中,其混博士論文。1977年創(chuàng)建 Fermented公司人比例約為5%~40%不等。1975年以來,用作燃料E-mail:amorim@fermenter.com.brHenrique V, Amor im等.在石油為主要能源的世界中第3期發(fā)展乙醇生產(chǎn)—巴西乙醇生產(chǎn)的經(jīng)驗混的燃油。這些可變?nèi)剂掀囋诎臀鞣浅Ａ餍?銷家,但產(chǎn)量集中在中南和西北地區(qū)。預(yù)計到2009量達200×10輛,占2007年汽車總銷量的86%。這年,還將新建一批釀酒廠,每家年生產(chǎn)能力可達到種流行趨勢的出現(xiàn)有以下3個理由:首先是汽油價10010-200×10t。而且,很多釀酒廠正在增加其乙高,消費者要尋求廉價的能源,而乙醇價格僅為汽醇生產(chǎn)能力,以滿足國內(nèi)需求和出口到那些正在尋油的60%;其次,可變?nèi)剂掀囀瓜M者可更靈活求替代燃料以減少石油對其經(jīng)濟和環(huán)境影響的國地選用燃油品種,從而少受市場價格變化的影響;家再次,選用純乙醇或乙醇-汽油混合物作燃油可使有關(guān)從業(yè)人員(包括甘蔗地里的農(nóng)民)獲得環(huán)境和社會效益。2004年以來,可變?nèi)剂宪囕v銷售成為巴西汽車業(yè)的主要增長點。0.00.053.5535§區(qū)置區(qū)登至區(qū)空登系§圖2巴西乙醇產(chǎn)量的增長情況( Datagro,2003釀酒廠如何應(yīng)對市場波動而生存下來§至區(qū)區(qū)在“ Proalcool'計劃實施期間,生產(chǎn)商面臨了乙年份醇價格由1980年的700美元/m3降至1999年的圖1巴西甘蔗產(chǎn)量逐年增長( Datagro,2008)200美元/m3以下。除乙醇-汽油混合燃料外,聯(lián)邦繼最初的可變?nèi)剂掀囁扇〉膶Σ叱晒χ畯U除了對乙醇市場的干預(yù),價格放開。在巴西,后,2005年汽車業(yè)又推出了三種燃料(汽油、乙醇和糖和乙醇的價格產(chǎn)生了雙重的影響。許多糖廠設(shè)有天然氣汽車。而且,又開發(fā)了基于乙醇的燃料電池釀酒裝置,當(dāng)國際市場的糖價較生產(chǎn)乙醇更可獲利新項目,與此同時,巴西政府推出了“生物柴油”計時,就將有更多的甘蔗用于糖的生產(chǎn),僅將糖漿送劃,為乙醇和植物油開辟了新市場,第一年就可節(jié)往發(fā)酵生產(chǎn)乙醇。這些廠商根據(jù)糖和乙醇的市場價約柴油80×10m3格采用這種機制來組織其生產(chǎn)。乙醇用作燃料時,對環(huán)境的主要好處是可減少在1975-2007年的30多年里,甘蔗送往制糖二氧化碳、重金屬和其他有毒污染物的排放,這一的比例為265%-86.3%,2007年,此比例約為45%點對一些大城市(如圣保羅和里約熱內(nèi)盧等)尤為重見圖3)要。乙醇是一種清潔燃料,其生產(chǎn)過程幾乎完全是可持續(xù)的,因為含碳氣體通過甘蔗循環(huán),不會按與汽油或柴油相同的比例把化石CO2釋放到大氣中。求由于乙醇廠采用了可持續(xù)的生產(chǎn)工藝,它具備充分的潛在條件可獲得“京都議定書”規(guī)定的碳信用。產(chǎn)生的甘蔗渣可燃燒產(chǎn)生蒸汽,為蒸餾和發(fā)電供給能量。產(chǎn)自糖廠的糖漿以水稀釋或與甘蔗汁混合后送至至空往發(fā)酵,而蒸餾釜的殘留物可送至甘蔗地里用作肥料,以減少鉀肥用量和進口量。圖3甘蔗用于制糖的比例變化( Datagro,2008)目前,巴西是全球第二大乙醇生產(chǎn)國,在甘蔗中國煤化工”應(yīng)對價格低廉和地和釀酒廠等相關(guān)產(chǎn)業(yè)中的從業(yè)人員在百萬人以市CNMHG的技術(shù),并轉(zhuǎn)讓給上。1975年以來乙醇的年產(chǎn)量由56×10m猛增至釀酒廠,在危機期間幫助他們生存下來。在甘蔗種2007年的200κl0ym(見圖2)巴西現(xiàn)有釀酒廠343植方面的新技術(shù)有:培植甘蔗新品種、改良土壤、使中外能源SINO-GLOBAL ENERGY2000年第14卷用肥料、控制蟲害、采用新的收割系統(tǒng)等,這些措施品,降低消耗和減少化學(xué)品,如抗生素( antibiotic)使甘蔗的單產(chǎn)由1977年的53/hm2提高至2008年硫酸和消泡劑等的消耗{。經(jīng)過測試、控制和改進工的95hm2。同時,甘蔗的含糖量由95%增至14%,藝參數(shù),有可能實現(xiàn)發(fā)酵收率從1977年的75%甘蔗原料的糖提取率由88%提高至95%-98%。78%提高到2008年的90%~92%(以每千克葡萄糖此外, Fermented公司和圣保羅大學(xué)等科研部門產(chǎn)51lg乙醇的最大理論值計)。如果不提高收率,聯(lián)合對甘蔗汁和糖漿的乙醇發(fā)酵作出了重大貢獻,釀酒廠將不可能在國際市場的低價格環(huán)境中生存其研究成果有下來。2007年僅有乙醇產(chǎn)量的50%出口。蒸餾工藝①提高發(fā)酵收率的工藝條件;的巨大進步使其效率從1997年的95%提高到2008②從工業(yè)環(huán)境中選擇“酵母菌種( yeast strains)”;年的9%在甘蔗種植和乙醇發(fā)酵方面的科技進步③開發(fā)測試果汁糖漿葡萄汁(mus)、啤酒和以及有效的工藝管理,鞏固了巴西的乙醇工業(yè)工業(yè)廢水中的糖濃度的分析方法,精度可精確到4巴西釀酒廠的工藝過程6μLL;目前,乙醇工業(yè)生產(chǎn)是以甘蔗汁、糖漿或兩者④用光學(xué)顯微鏡在15min內(nèi)即可完成活細菌的混合物為原料,在發(fā)酵槽(其容積為40×10-200的直接計數(shù);10L)中的大規(guī)模發(fā)酵工藝為基礎(chǔ)的。主要發(fā)酵法有⑤在6h內(nèi)即可選定最佳抗生素控制細菌的方間歇法和連續(xù)法,但這些工藝各不相同,所以各釀法酒廠互相之間是有區(qū)別的。約75%的釀酒廠采用間⑥按“DNA排列程序”識別受污染的細菌歇發(fā)酵法。⑦以數(shù)碼光密度計精密準(zhǔn)確測量樣品中的乙巴西的乙醇生產(chǎn)在甘蔗的收獲季節(jié)(約連續(xù)醇含量200-230d進行。發(fā)酵在發(fā)酵槽罐中極高的酵母細⑧引進近紅外光譜儀(NRs, Near InfraRed胞 (yeast cell)濃度(約8%~17%)、乙醇濃度為6%Spectroscopy))進行常規(guī)分析;l1%(體積分數(shù))、發(fā)酵時間極短(為6-10h)的條件下⑨降低生產(chǎn)過程中糖的損耗和化學(xué)品消耗。進行每個發(fā)酵周期結(jié)束后,酵母細胞經(jīng)離心機從雖然巴西釀酒廠商控制了很多工藝參數(shù)但其發(fā)酵介質(zhì)(啤酒)分離并濃縮后,供下一個發(fā)酵周期乙醇發(fā)酵收率仍因以下因素而降低:細菌污染,酵使用。濃縮的酵母經(jīng)稀硫酸處理,殺滅細菌,同時啤母-細菌的“絮凝( locculation)”,酵母過度成長,離心酒送去蒸餾。處理后酵母細胞回到發(fā)酵槽中,在此機的濫用,糖、醇類、鹽、高溫、糖漿酸度形成的不利開始新的發(fā)酵周期。盡管作了一些改進,此發(fā)酵工條件,以及野生酵母的污染等叫見圖4)。藝仍稱作Mlle- Bonnot過程,因為1930年法國Melle地區(qū)的 Firmin bonnot取得了此項專利。除了發(fā)酵的特點以外,要獲得高乙醇收率和低消泡劑消耗,酵母菌種 yeast strain)的選擇至關(guān)重要。如 Fermented公司所選用的PE-2、CAT-1和y=9110328-287809x(/R=076726)VR-1等特種酵母菌種, Copersucar公司所選用的BG-1、SA-1和CR-1特種酵母菌種已被很多巴西葡萄汁的細菌污染(1000個·mL)釀酒廠商單獨或和“面包師 (baker)”酵母混合起來圖4釀酒廠細菌污染對乙醇發(fā)酵收率的用作發(fā)酵的起始劑。這些酵母菌種用染色體組型影響( Fermented,2004)( Karyotyping)技術(shù)(基于DNA基測試)從工業(yè)發(fā)酵過說明:每一點表示收獲季節(jié)的周平均值程中選出,并經(jīng)實驗室的全面評價,它們適用于工酒廠商為了實現(xiàn)對乙醇生產(chǎn)全工藝過程的業(yè)V凵中國煤化工而面包師酵母在最佳管理,要把從甘蔗質(zhì)量到發(fā)酵收率共120多個發(fā)CNMHG母細胞是非常有工藝參數(shù)進行統(tǒng)計分析,以確定哪些因素影響了生用的。2007年,巴西生產(chǎn)的乙醇中有60%產(chǎn)自于用產(chǎn)業(yè)績,向何處投資才能改善收率,以得到優(yōu)質(zhì)產(chǎn)選定的酵母菌種進行初始發(fā)酵的工業(yè)過程。Henrique v. Amorim等,在石油為主要能源的世界中第3期發(fā)展乙醇生產(chǎn)——巴西乙醇生產(chǎn)的經(jīng)驗5用糖漿生產(chǎn)乙醇和毒性化合物等),糖漿的酸度和純度,被細菌和野當(dāng)前,巴西的釀酒業(yè)是一種靈活的產(chǎn)業(yè),并擁生酵母的污染情況,糖漿在汁液中的比例(低、中或有全球最好的技術(shù),可用甘蔗汁、糖漿或兩者的混高),合適的酵母菌種的選擇,測定和管理發(fā)酵過程合物發(fā)酵。在巴西,用糖漿生產(chǎn)乙醇較銷售糖漿獲的良好的分析方法(化學(xué)和微生物學(xué))等。利更多。但是用糖漿液汁發(fā)酵時,要特別小心。低純度或酸性糖漿將影響發(fā)酵收率,因為它們會使酵母致謝細胞中毒(見圖5)本文成文過程中,得到了巴西( Sugan Journal期刊的支持,在此謹致謝忱。93.4求數(shù)92參考文獻[1] CARVALHO E P. Etanol-acelerando o futuro[J]. Unica, 2004115697x-0.0062:2(R=0.73613)[2] BERG C World fuel ethanol 2003----analysis outlook[J1Bioenergy Review, 2003(2): 9-23糖漿的純度,%[3] BASSO L C, OLIVEIRA A J, ORELL V F M, et al. Domina圖5釀酒廠中糖漿純度對發(fā)酵收率的影響ncia das leveduras contamiantes sobre as cepas industrials avaliada說明:每一點表示收獲季節(jié)的周平均值pela teenica da cariotipagem[J] V Congresso Nacional da STAB另一方面,糖漿與甘蔗汁混合后,可向此汁液[4] AMORIM H V, BASSO L C, LOPES M L Evolution of ethanol提供甘蔗汁所缺乏的,而又是對酵母細胞很重要的fermentation in Brazil[M ]//BRYCE J H, STEWARTG G礦物質(zhì)如鎂、磷酸鹽、鋅和氮等。但是,當(dāng)某些礦物novation. Nottingham, UK: Not質(zhì)如鉀、鈣過量時,將使酵母細胞把更多的糖轉(zhuǎn)化ingham University Press, 2004: 143-148為甘油,從而降低了發(fā)酵收率。[5] WHEALS A E, BASSO L C, ALVES D M G, et al. Fuel ethano同時也要考慮到糖漿若被乳酸細菌所污染,也after 25 years[J]. Trends in Biotechnology, 1999, 17(12): 482會降低發(fā)酵收率。某些菌種在乙醇發(fā)酵過程中,有強烈的抵抗作用,很難控制。除了設(shè)備和人員素質(zhì)外,發(fā)酵的成功還將取決于糖漿的組成(糖、礦物質(zhì)(翻譯黃興山;編校周溪華)Ethanol Production in a Petroleum Dependent World The Brazilian ExperienceHenrique vAmorim, Mario L Lopes(Fermentec Ltda, Piracicaba SP Brazil 13420-640[Abstract] Today we are living in a petroleum dependent world. With the high price of the gasoline anddiesel oil, many countries are looking for new altematives to replacefuels. The ethanol made from sugarcrops or grains has been considered the best altemative. Howeverethanol production represents only2.5% of the consumption of gasoline and therefore the market is broad and world demand for ethanol isgrowing quickly. This paper reports the Brazilian experience in中國煤化工 been done to sur-vive the market oscillations how distilleries work and the useCNMHG[Keywords] sugarcane; ethanol; Brazil; fermentation; Production; biofuel